Mestrado em Física

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Acesso aberto (Open Access)
Osciladores interagentes via princípio da ação quântica de Schwinger
(2025-04-11) Souza, Ivan Francisco de; Melo, Cássius Anderson Miquele de; Faria, Alencar José de; Escobar, Bruto Max Pimentel
Nesta dissertação, exploramos aspectos da formulação variacional da mecânica quântica pro posta por Julian Schwinger, estruturada em duas partes principais: cinemática e dinâmica. A parte cinemática trata do estudo das medições seletivas na mecânica quântica, permitindo a construção de uma álgebra de símbolos de medição. Já a dinâmica concentra-se nas variações infinitesimais unitárias das funções de transformação, nas quais Schwinger introduziu o ope rador ação como elemento central dessas variações, fundamentando assim o princípio da ação quântica. Demonstramos como esse princípio conduz naturalmente às formulações de Schrö dinger e Heisenberg. Além disso, derivamos outras ferramentas, como as equações canônicas de Hamilton para operadores quânticos e uma versão quântica da equação de Hamilton-Jacobi. Aplicamos alguns dos métodos baseados no princípio de Schwinger para determinar as funções de transformação da partícula livre e do oscilador harmônico. Por fim, analisamos o modelo de osciladores acoplados unidimensionais, resolvendo-o por meio de técnicas de desacoplamento que transformam o sistema em osciladores independentes, representando os modos normais. Determinamos a função de transformação do sistema e suas autoenergias.
Acesso aberto (Open Access)
Aharonov-Bohm Effect in the Podolsky’s Generalized Electrodynamics
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-04-30) Peres, Bruna Muniz; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Bertin, Mario Cezar Ferreira Gomes; Gardim, Fernando Gonçalves
Maxwell’s electromagnetism rewrote the four experimental laws of classical electrodynamics by combining fields, sources, charges, and electricity. If we propose a Lagrangian analysis of Maxwell’s theory with higher-order derivatives, making it also free of gauges, we obtain the so-called Podolsky electrodynamics. As a higher-order electrodynamics, Podolsky’s electrodynamics is studied as a generalization of Maxwell’s theory, becoming a specific case of Podolsky when the free parameter is zero. From these theories, we will study the magnetic effect of Aharonov-Bohm, where electric charges are affected by the magnetic field through its potential vector in a solenoid. In classical theory, the magnetic field should not exist in the region where the charges pass; only the potential could cause such an alteration. The result is differences in electrons, particularly in their phases in quantum mechanics between wave functions, in a specific amount called the Aharonov-Bohm phase. In this thesis, the Aharonov-Bohm effect is studied for the Maxwell case and the Podolsky case, comparing the difference that a potential vector can make in these results and the phase effect even in areas without a magnetic field.
O eletromagnetismo de Maxwell reescreveu as quatro leis experimentais da eletrodinâmica clássica combinando campos, fontes, cargas e eletricidade. Se propusermos uma análise lagrangiana da teoria de Maxwell com derivadas de ordem mais alta, tornando-a também livre de calibres, obtemos a chamada eletrodinâmica de Podolsky. Como eletrodinâmica de ordem superior, a eletrodinâmica de Podolsky é estudada como uma generalização da teoria de Maxwell, tornando-se um caso específico de Podolsky quando o parâmetro livre é zero. A partir destas teorias, estudaremos o efeito magnético de Aharonov-Bohm, onde as cargas elétricas são afetadas pelo campo magnético pelo seu potencial vetor num solenoide. Na teoria clássica, o campo magnético não deveria existir na região onde as cargas passam, apenas o potencial poderia causar tal alteração. O resultado são diferenças nos elétrons, particularmente nas suas fases na mecânica quântica entre funções de onda, numa quantidade específica chamada fase Aharonov-Bohm. Nesta tese, o efeito Aharonov-Bohm é estudado para o caso Maxwell e o caso Podolsky, comparando a diferença que um potencial vetor pode fazer nestes resultados e o efeito de fase mesmo em áreas sem um campo magnético.
Acesso aberto (Open Access)
Ondas gravitacionais da teoria de Starobinsky-Podolsky em um espaço-tempo de fundo curvo
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-07-22) Oliveira, Regiley Pimenta Ramos De; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Cuzinatto, Rodrigo Rocha; Pompéia, Pedro José
Este trabalho tem como proposta o estudo das ondas gravitacionais em fundo curvo no modelo de Starobinsky-Podolsky de ordem superior. Usando os conhecimentos da Relatividade Geral para explicar as ondas gravitacionais em um fundo curvo, adicionamos termos de ordem superior na ação de Einstein-Hilbert para encontrar novas equações de campo para este modelo. Com a perturbação da métrica de fundo, encontramos equações de sexta ordem, por isso campos escalares tendem a reduzir esta ordem.
Acesso aberto (Open Access)
Produzindo o plasma de quarks e glúons em colisões de O-O
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-06-28) Pinto, Fernando Souza; Gardim, Fernando Gonçalves; Bezerra, Anibal Thiago; Giannini, André Veiga
O Plasma de Quarks e Glúons é um estado da matéria com diversas características peculiares. Ele esteve presente na origem do Universo, pós Big Bang e hoje é produzido nos grandes aceleradores de partículas, como o LHC e o RHIC. Neste trabalho o QGP é estudado em simulações de colisões de núcleos de oxigênio de acordo com parâmetros estabelecidos em artigos de autores que também realizaram estudos semelhantes para colisões no LHC. Colidir núcleos de oxigênio é uma maneira para entender como os sistemas se comportam quando estão no limiar entre sistemas grandes como Pb-Pb e sistemas pequenos como p-p. O oxigênio por ser um elemento duplamente mágico, com uma quantidade de nucleon idênticas em quantidade de prótons e nêutrons, satisfaz essa condição. Experimentalmente essas colisões estão previstas para acontecerem desde 2021. A simulação utilizou o que temos atualmente para o estado da arte, sendo a condição inicial gerada no Trento, passando pela termalização ou também chamada de pré-equilibrio, fase hidrodinâmica processada pelo MUSIC, geração de partículas e finalmente as análises são feitas pelo UrQMD. A simulação contou com 3300 eventos divididos igualmente para 11 centralidades diferentes. Foram realizadas análises com relação à entropia, raio, numero de participantes, número de partículas, momento transversal e fluxo anisotrópico. Com isto, tentou-se entender o comportamento de colisões de oxigênio simuladas afim de comparar com futuros dados experimentais.
Acesso aberto (Open Access)
The SBND photon detection system assembly and installation
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-05-22) Gatti, Heriques Frandini; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Bezerra, Anibal Thiago; Basque, Vincent
Developed under the focus of advancements in experiments contributing to the understanding of Neutrinos, which are one of the least well-known types of particles in the standard model. The Short-Baseline Near Detector (SBND) is one of three Liquid Argon Time Projection Chamber (LArTPC) neutrino detectors positioned along the axis of the Booster Neutrino Beam (BNB) at Fermilab. This detector is equipped with a powerful and innovative Photon Detection System (PDS) designed as a hybrid concept combining a primary system of 120 photomultiplier tubes and a secondary system of 192 X-ARAPUCA devices, all of which are located behind the anode plane. Owing to its complexity, the installation of this system was compelled to satisfy rigorous criteria of quality starting from the construction of the X-ARAPUCA devices, going through all the assemblies and installation procedures, and finishing with the cabling. The work was carried out following many steps, each of which was compelled to fulfill safety, cleanliness, and lightproof requirements (as many of the its devices are sensitive to UV and blue light), and ended successfully, accomplishing the delivery of the system ready for the next steps of detector construction.
Desenvolvido com foco em avanços em experimentos que contribuem para a compreensão dos neutrinos, que são um dos tipos de partículas menos conhecidos no Modelo Padrão. O Short-Baseline Near Detector (SBND) é um dos três detectores de neutrinos de Câmara de Projeção Temporal de Argônio Líquido (Liquid Argon Time Projection Chamber - LArTPC) posicionados ao longo do feixe do Booster Neutrino Beam (BNB) no Fermilab. Este detector é equipado com um Sistema de Detecção de Fótons (Photon Detection System - PDS) poderoso e inovador projetado como um conceito híbrido que combina um sistema primário de 120 tubos fotomultiplicadores e um sistema secundário de 192 dispositivos X-ARAPUCA, todos localizados atrás do plano do anodo. Devido à sua complexidade, a instalação deste sistema foi compelida a satisfazer critérios rigorosos de qualidade, começando pela construção dos dispositivos X-ARAPUCA, passando por todas as etapas de montagem e procedimentos de instalação, e terminando com o cabeamento. O trabalho foi realizado seguindo muitas etapas, cada uma das quais foi compelida a cumprir requisitos de segurança, limpeza e proteção contra luz (Uma vez que muitos componentes são sensíveis a luz UV e azul), e terminou com sucesso, alcançando a entrega do sistema pronto para as próximas etapas da construção do detector.
Acesso aberto (Open Access)
Econofísica, análise de agrupamentos e seleções de carteira pelo modelo de Markowitz
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-04-23) Rodrigues, Bruna Mancilha Oliveira; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Passini, Marcos De Mendonça; Oliveira, Marcelo Martins De
Devido ao grande número de ativos disponíveis no mercado atualmente, a construção de um portfólio ótimo têm se tornado uma tarefa complexa. Com a evolução computacional, avanços e facilidades no que se refere à análise de dados em diversas áreas, é possível perceber a necessidade de técnicas exploratórias e interpretação adequada para obter informações, principalmente para tomada de decisões ótimas, de modo que possibilite um gerenciamento eficiente. Dentro deste cenário, foi proposta a análise e resolução do problema de seleção de carteiras utilizando t´técnicas de econofísica. Essa dissertação trata-se de um algoritmo para a seleção de carteiras e auxílio no processo de tomada de decisão. O estudo será realizado acerca da aplicação da análise de Agrupamento combinada com a Teoria Eficiente de Markowitz, para auxiliar na compreensão da alocação dos ativos, e em busca de propiciar uma estratégia sólida de investimento. Somado a isso, para encontrar os resultados, foi realizada a construção de um modelo matemático baseado em programação em Python. O presente estudo busca avaliar se o modelo pode ser mais uma ferramenta significativa para auxiliar na gestão de carteiras.
Acesso aberto (Open Access)
Simulação computacional de aplicação de nanoestruturas no aprimoramento de biossensores: detecção e diagnóstico eficiente de doenças cardíacas
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-12-08) Ferreira Neto, Paulo Da Silva; Camps Rodríguez, Ihosvany; Paiva, Letícia Ribeiro; Nogueira, Anderson Antunes
O desenvolvimento de pesquisas em nanoestruturas tem chamado a atenção de instituições do mundo todo e a aplicação de nanotecnologia tem se mostrado promissora. A utilização de biossensores1 para detecção rápida e confiável de marcadores biológicos, como a troponina T, acumula dados positivos. Simulações de dinâmica molecular utilizando recursos computacionais resultam em dados de energia de ligação total entres diferentes nanotubos de carbono e troponina T para que seja possível comparar a capacidade de interação entre tais estruturas. Por ano, segundo a Organização Pan-Americana da Saúde (OPAS) as doenças cardiovasculares são causadoras de dois milhões de mortes nas Américas, sendo a principal causa de morte de pessoas. Mais de 75% das mortes ocorrem em países de baixa e média renda. São fatos alarmantes que motivam e justificam o estudo. De acordo com dados e estatísticas sobre doença cardíaca, acidente vascular cerebral e outras doenças cardiovasculares publicadas pela American Heart Association em 26 de janeiro de 2022:  Entre 2017 e 2018, o custo total por causa de doenças cardiovasculares foi de US$378,0 bilhões, sendo US$226,2 bilhões em custos diretos e US$151,8 bilhões em custos indiretos devido à perda de produtividade/mortalidade.  Em 2020, as doenças cardiovasculares foram responsáveis por aproximadamente 19,05 milhões de mortes no mundo. Nanotubos de carbono são estruturas com ampla aplicabilidade por possuírem a capacidade de terem suas propriedades alteradas com simples modificações na sua composição.
Acesso aberto (Open Access)
Aplicações de estatística multivariada em análise de dados experimentais
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-08-25) Zanardo, Bruno Felipe; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Melo, Iara Tosta E; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral
A estatística multivariada é um ramo da estatística responsável por estudar situações em que se tem múltiplas variáveis e seus métodos podem ser aplicados nas mais diversas áreas do conhecimento auxiliando na tomada de decisão, isso porque seus métodos possuem como principais benefícios a redução de dimensionalidade do modelo estudado, tornando-o menos complexo, além de serem utilizados na construção de ´índices, classificação, associação entre as variáveis e inferência estatística. Neste trabalho, métodos de estatística multivariada foram aplicados em três situações distintas. Nas duas primeiras foi aplicado o método de correlação canônica e na terceira o método de análise de componentes principais (PCA) com incertezas experimentais. Sendo a primeira aplicação referente a uma análise socioambiental onde foi analisado a existência de uma correlação entre o índice de desenvolvimento humano (IDH) e seus subíndices com relação ao consumo de água e geração de esgoto dos municípios brasileiros. Enquanto a segunda análise está relacionada à Física de altas energias envolvendo a colisão de íons pesados de chumbo Pb-Pb. A terceira situação é referente a aplicação de PCA para a redução de dimensionalidade de um modelo de caracterização do meio interestelar. Como resultado foi possível gerar um modelo capaz de correlacionar o IDH com o consumo de água e a geração de esgoto com uma correlação canônica de 62,4% capaz de representar todo o país e um segundo modelo direcionado apenas para o estado de São Paulo com uma correlação canônica de 83%. Para o segundo cenário, envolvendo a colisão de íons pesados uma correlação canônica de 99,9% foi obtida, ratificando a correlação existente entre a entropia e o número de partículas carregadas. Uma segunda correlação proveniente do segundo par de variáveis canônicas retornou uma correlação também elevada com 96%, porém, neste modelo o momento transversal ficou com o maior peso canônico, podendo ser calculado a partir das demais variáveis estudadas como centralidade, energia e entropia. Com relação a análise de componentes principais foi possível reduzir o número de variáveis utilizadas na explicação do modelo de forma significativa, passando de 23 variáveis originais para 8 componentes principais, além de identificar que ao considerar a incerteza experimental durante a análise obtemos maior segurança com relação ao número de variáveis utilizadas para explicar o modelo.
Acesso aberto (Open Access)
Propriedades das colisões ultracentrais relativísticas em Pb-Pb
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-02-16) Moreira , Natalia De Cassia; Gardim, Fernando Gonçalves; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Serenone, Willian Matioli
A matéria produzida em colisão de núcleos pesados em altas energias pode ser descrita a partir da hidrodinâmica relativística. Particularmente em colisões ultracentrais (sobreposição central entre os núcleos colisores) há alguns observáveis que podem ser capazes de acessar propriedades termodinâmicas deste estado (1), como por exemplo o aumento no momento transversal médio de hádrons carregados em função da multiplicidade de partículas. Argumentamos que o aumento relativo do momento transversal é dependente da velocidade do som do Plasma de Quarks e Glúons. Para tal estudo foi gerada condições iniciais para colisões de Au-Au e Pb-Pb, e através das análises das mesmas, é possível verificar que a densidade de entropia aumenta à medida que a colisão fica mais central, pois o volume se torna constante, mas a entropia continua aumentando. Ao utilizar as condições iniciais dos eventos com os parâmetros Grad da Colaboração JETSCAPE (2), identificamos um comportamento diferente na densidade de energia. Após minuciosas análises, concluímos que a largura do núcleon (w) desempenha um papel fundamental nesse comportamento da densidade de energia, influenciando, por conseguinte, o momento transversal médio. A análise mais detalhada revelou uma descoberta inédita: velocidades do som são diferentes para diferentes espécies, indicando áreas promissoras para investigações futuras.
Acesso aberto (Open Access)
Supervised neural network approach to modeling DUNE's LArTPC photon detector device
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-12-20) Lopes, Tiago Vitor; Bezerra, Anibal Thiago; Ferreira, Eric Batista; Lisboa, André Fabiano Steklain
This work presents the development and evaluation of an artificial neural network (ANN) as a supervised learning model to complement the ArapucaSim software simulation of the behavior of Arapucas’ photon absorption probabilities on DUNE. DUNE will be a neutrino detector intended to address fundamental questions about the nature of elementary particles and their role in the universe. The Arapucas are the light-trapping devices proposed for the detection system of the DUNE far detector. A neural network model employed is a regressor model that receives as inputs the coordinates of a photon generator, along with positions on the surface device where the photon collides and produces outputs consisting in absorption probability for each photon. The input data is obtained from Geant4 simulations, specifically from the ArapucaSim module. Two cases were studied: one in which the photons arrive with normal incidence in the Arapuca surface, and the other including the angle dependence. While the Geant4 approach required hours to generate results, after training the neural network model, comparable probabilities are produced in seconds with high accuracy. This work shows the potential of neural network models as efficient alternatives for simulations in predicting photon absorption probabilities by the light sensor with less time and computational effort.
Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliação de uma rede neural artificial (RNA) como modelo de aprendizagem supervisionada para complementar a simulação do software ArapucaSim do comportamento de Arapucas, os dispositivos de captura de luz utilizados no Experimento DUNE, para modelar probabilidades de absorção de fótons. DUNE será um detector de neutrinos destinado a abordar questões fundamentais sobre a natureza das partículas elementares e o seu papel no universo. O Arapuca é o dispositivo proposto para o sistema de detecção do detector distante (Far Detector) do DUNE. O modelo de rede neural empregado é um modelo regressor que recebe como entradas as coordenadas de um gerador de fótons, juntamente com as posições no dispositivo de superfície onde o fóton colide e produz saídas que consistem na probabilidade de absorção para cada fóton. Os dados de entrada são obtidos a partir de simulações Geant4, especificamente do módulo ArapucaSim. Foram estudados dois casos: um em que os fótons chegam com incidência normal na superfície de Arapuca e outro incluindo a dependência angular. Embora a abordagem Geant4 exija horas para gerar resultados, após treinar o modelo de rede neural, probabilidades comparáveis são produzidas em segundos com alta precisão. Este trabalho mostra o potencial dos modelos de redes neurais como alternativas eficientes para simulações que prevêem probabilidades de absorção de fótons pelo sensor de luz com menor tempo e esforço computacional.
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Microespectroscopia fluorescente hiperespectral aplicado ao estudo das propriedades ópticas de filmes finos de nanocristais de perovskita CsPbBr(x)I(3-x)
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-02-16) Souza, Gabriel Fabrício De; Vivas, Marcelo Gonçalves; Mendonça, Cleber Renato; Schiavon, Marco Antônio
Nanocristais de Perovskita (ABX3) tem se mostrado um material extremamente promissor para aplicações em células solares, dispositivos optoeletrônicos, fotocatalisadores, sensores de umidade e temperatura, dispositivos de memória, limitadores de potência óptica e fotodetectores de baixo custo de alta eficiência. Tais características se devem a sua elevada eficiência quântica de fluorescência, aliada a condução iônica dos portadores de carga. Contudo, tanto os mecanismos de Difusão Iônica desencadeados pela fotoexcitação como a transferência de energia entre os nanocristais (NCs) são pouco compreendidos. Para contornar estes problemas, NCs de perovskita de haletos com diferentes composições químicas vem sendo propostas tanto do ponto de vista teórico quanto experimental. Neste contexto, esta dissertação teve como objetivo o estudo de algumas propriedades desencadeadas pela fotoluminescência, em Filmes Finos de nanocristais perovskita CsPbBrxI(3-x), através da técnica de Microespectroscopia de Fluorescência Hiperespecral resolvida em frequência. Essa técnica foi implementada no Laboratório de Espectroscopia Óptica e Fotônica da Universidade Federal de Alfenas, para utilização imediata neste projeto. A primeira parte desta dissertação, consistiu em montar o aparato experimental e seus respectivos programas de interpretação/análise dos dados. Testes iniciais foram feitos com letras impressas em papel Chamex, com gramatura de 90 g/m², a fim de testar e ajustar as configurações para sondagens das amostras. Uma vez que todo o sistema óptico foi desenvolvido e testado, foram investigados os processos ópticos apresentados pelos Filmes Finos de nanocristais de Perovskita CsPbBr3, CsPbBr2I e CsPbBrI2. Para as amostras CsPbBr3 foram identificadas um aumento na intensidade de fluorescência em relação a fluorescência inicial (24 a 70%) e um leve alargamento no comprimento de onda máximo, para o vermelho, associado ao pico da emissão. Neste caso, a potência acelerou a cinética dos efeitos exibidos. As amostras de CsPbBr2I exibiram conversão das fases iodeto em brometo como principal característica da fotoluminescência. Com o início da irradiação, a fase de I sofreu uma queda abrupta até a estabilização, enquanto a fase brometo iniciou um crescimento significativo, superando a intensidade de fluorescência inicial apresentada pela fase iodeto. Foi identificado que o aumento da potência acelera o efeito da fotoconversão. Acontece que, com a irradiação, os átomos de I, que inicialmente estava organizado junto com os átomos de Br ao longo da extensão do material são expulsos da rede cristalina, fazendo com que haja regiões ricas em cada fase haleto. Por isso, foi utilizado o método Linear Unmixing para determinação da contribuição de cada fase haleto, à fluorescência total apresentada, onde percebeu-se uma região rica na fase de Br (região central); região de mistura entre as fases haleto, formando um halo nas regiões adjacentes a região central; e uma região rica na fase de I externa ao halo. A região central que apresentou domínios na fase brometo, foi quantificada e observou-se uma tendência de aumento do comprimento de difusão da fase iodeto, à medida que se aumentou a potência de irradiação. Por fim, as amostras CsPbBrI2 apresentaram efeito de fotodegradação. Mesmo para a menor potência irradiada, o fenômeno de fotodegradação foi imediato. Também foi observado recuperação no escuro, após 30 minutos, mostrando uma reversibilidade total do processo, para a potência de 50 µW. Pode-se concluir que a técnica implementada é eficaz, pois permitiu estudar vários fenômenos desencadeados pela fotoluminescência, cujos resultados estão em concordância com os resultados apresentados na Literatura.
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Correlações entre propriedades do estado inicial e observáveis finais na colisão de íons pesados relativísticos
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-07-29) Assis, Yuri Schneider De; Gardim, Fernando Gonçalves; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Grassi, Frédérique Marie Brigitte Sylvie
Neste trabalho mostraremos que propriedades do estado inicial da matéria formada em colisões de íons pesados relativísticos, como densidade de energia, de entropia, e características geométricas de suas respectivas distribuições iniciais, apresentam relação com observáveis finais, como o momento transversal médio e o número de partículas carregadas, o fluxo anisotrópico, entre outros. Assim, utilizaremos a hidrodinâmica relativística do plasma de quarks e glúons (QGP), a qual define a evolução do equilíbrio térmico da matéria local, até a sua emissão de partículas. Por fim, são discutidas relações unívocas entre estes observáveis, de forma a compreender propriedades fundamentais da interação forte.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo sobre a cinética e os mecanismos de crescimento “Bottom-up” de nanopartículas de ouro via pulsos laser altamente focalizados
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-08-18) Pereira, Christiane Ferreira Joaquim; Vivas, Marcelo Gonçalves; Neves, Rafael Felipe Coelho; Giraldi, Tania Regina
A plasmônica é um campo da ciência que tem despertado grande interesse da comunidade científica devido a sua ampla gama de aplicações tecnológicas. Por exemplo, esta área envolve a síntese de nanopartículas (NPs) metálicas, o desenvolvimento de sensores ópticos, o uso de nanoestruturas metálicas para melhorar o desenvolvimento de técnicas experimentais como microscopia de alta resolução, dentre outros. Neste trabalho de mestrado, foi investigada a cinética e os mecanismos de crescimento de nanopartículas de ouro via laser pelo método bottom-up (de baixo para cima) que consistem na produção de nanoestruturas construídas átomo a átomo, ou molécula por molécula, ou mesmo através de aglomerados de átomos ou moléculas[ CITATION Raf22 \l 1046 ] .Embora já existam na literatura vários trabalhos reportando o uso de laser para a geração de nanopartículas metálicas, estes trabalhos são sempre conduzidos com laser de alta energia por pulso (mJ). Aqui foi proposta a síntese de NPs metálicas pelo método bottom-up usando pulsos laser de baixa energia (µJ), mas altamente focalizados. Além disso, os mecanismos para a geração de NPs metálicas via laser ainda não são completamente entendidos. Neste trabalho, foi investigado em tempo real a cinética de crescimento das NPs usando a técnica de excitação e prova. Neste caso, um laser pulsado de 532 nm com duração temporal de 1 ns e taxa de repetição do laser de 2 kHz foi empregado como laser de excitação enquanto o feixe de prova foi utilizado uma luz branca altamente estabilizada de (400-900 nm). Também foi avaliado o efeito da concentração de HAuCl4 sobre a cinética de crescimento das NPs de ouro. Os resultados mostram que as nanopartículas geradas são estáveis, não precisam de qualquer agente químico de redução ou surfactante para evitar aglomeração. Portanto, trata-se de um método ambientalmente amigável. Vale ressaltar que a síntese de nanopartículas metálicas ocorre por métodos químicos e biológicos, conhecidos por receber, em sua grande maioria, a abordagem “bottom-up”, além disso, a fase “purple” que gera grandes aglomerados de nanopartículas durante a síntese química não está presente neste método físico. Também foi utilizada a teoria de Gans para obter o tamanho e a forma das NPs. Os resultados indicam que as nanopartículas geradas possuem um formato de esferoide oblato com tamanhos do semieixo menor variando entre 3 nm e 10 nm, enquanto o semieixo maior de 5 nm à 17 nm. Finalmente, foi proposto um modelo para calcular a concentração de NPs de ouro durante o processo de síntese e foi avaliada a cinética de crescimento e nucleação usando um modelo de dois passos.
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Mitigação de pesticidas com o uso de nanotubos de carbono - um estudo de Mecânica Quântica
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-02-15) Aversi-Ferreira, Tales Alexandre; Rodriguez, Ihosvany Camps; Camargo, Ademir João; Santos, Breno Régis
Os pesticidas são agentes químicos que têm função de eliminar as pragas das lavouras para aumentar a produção de alimentos. No entanto, atingem a fauna, a flora e os seres humanos como tóxicos que geram doenças, mortes e efeitos ambientais indesejáveis. Nesse sentido, devido à crescente necessidade de produção de alimentos em larga escala e com crescente aumento da população, os pesticidas estão sendo usados em maior quantidade e se acumulam no meio, dentro da escala alimentar, sendo encontrados nos alimentos de origem animal e nos seres humanos como no leite materno. Portanto, estudos para minimizar os efeitos dos pesticidas e/ou eliminar seus efeitos após uso formam uma das abordagens científicas para manter a produção agrícola e, concomitantemente diminuir seus efeitos ambientais deletérios. Com esse objetivo, nesse trabalho, foi usado o nanotubo de carbono de parede simples funcionalizado com COOHs para verificar se poderiam servir de adsorvedores/filtros de pesticidas, no caso, o menos tóxico deles e mais usado no planeta, o glifosato. Dados semelhantemente obtidos para CNT funcionalizados com OH de dissertação oriunda do mesmo laboratório, foram incorporados. Foram feitos cálculos computacionais dentro do método semiempírico usando os programas Maestro-Schrödinger, MOPAC2016 e Jmol para verificar as variaçoes estruturais e eletrônicas dos CNTs funcionalizados e desses na presença de glifosato. Os cálculos teóricos mostraram que o CNT-COOH25, i.e., com 25\% de COOH ligado ao CNT apresentou a menor energia de ligação, portanto, maior entropia, mas o CNT-COOH15 adsorve melhor o glifosato do que as quantidades de 5, 10, 20 e 25%, e também em relação aos CNT-OHs com as mesmas concentrações, mostrando que o CNT-COOH pode servir de adsorvedor de glifosato na natureza para contê-lo ou retirá-lo do ambiente.
Acesso aberto (Open Access)
Nanotubos de Carbono decorados com OH como filtros para glifosato
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-12-19) Faria, Letícia Carolaine Silva; Camps Rodríguez, Ihosvany; Melo, Cássius Anderson Miquele De; Veloso, Marcia Paranho
Ocupando o primeiro lugar no ranking de agrotóxicos mais utilizados no mundo, o glifo- sato, é também o agrodefensivo mais estudado em todo o mundo. Pesquisas relacionam seu vasto uso em plantações transgênicas como o principal responsável pelo aumento expo- nencial do câncer na população que o utiliza diretamente (como jardineiros, entre outras profissões) e indiretamente, nos alimentos do dia a dia. Estudos para minimizar os efeitos deste pesticida (e até mesmo filtra-lo do meio onde ele está inserido) tornam-se necessá- rios e o presente trabalho utilizou da simulação computacional para prever interações do glifosato com materiais filtrantes, como o nanotubo de carbono. Os nanotubos de carbono são materiais com vasto uso para filtração, adsorção e fisissorção. No presente trabalho, foi funcionalizado com Hidroxilas, com objetivo de combinar suas características atípicas com a polaridade que a OH trouxe consigo. Para uma ampla análise foram combinados nanotubos com diferentes porcentagens de funcionalizações (OH) com o glifosato, como 5%, 10%, 15%, 20% e 25%. Utilizou-se do método de cálculo semi-empírico, usando programas como Maestro-Schrodinger, MOPAC2016, e Jmol para verificar as variações estruturais e eletrônicas dos CNT funcionalizados com OH, e desses na presença do glifo- sato. Os cálculos teóricos mostraram que os CNTs+OHx com 25% de OH fisissorve melhor o glifosato do que as demais quantidades de hidroxila. A fisissorção se torna interessante pois apresentando enlaces mais fracos (menores que 1) torna possível uma reutilização do nanotubo de carbono. Mostra-se então que é possível conter o glifosato do meio inserido através dos nanotubos de carbono funcionalizados com OH.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da viabilidade do uso da computação quântica para análise de propriedades de sólidos periódicos
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-03-07) Pimenta, Raphael César De Souza; Bezerra, Anibal Thiago; Rossato, Daniel Zini; Cuzinatto, Rodrigo Rocha
A física de materiais tem sido desenvolvida ao longo das últimas décadas com grande ajuda de simulações digitais nos supercomputadores que temos disponíveis no século atual. Porém, é certo que há conhecidos limites de até onde podem chegar essas simulações e quais sistemas somos capazes de simular em um tempo de computação eficaz. A computação quântica surge com promessas de romper certas barreiras da computação clássica, aumentando a capacidade computacional disponível para as mais diversas tarefas e, possivelmente, uma delas será a física de materiais. Em nosso trabalho realizamos uma revisão bibliográfica do que é feito atualmente para simulação de materiais periódicos através da computação quântica, assim como também realizamos algumas simulações em computadores quânticos disponíveis para acesso público. Um grande ponto de nosso levantamento foi que, dentre todas as aplicações da computação quântica, a aplicação em física de sólidos periódicos ainda é modesta, sendo a aplicação em sistemas moleculares uma das maiores fontes de trabalhos e referências. Pudemos realizar com o que descobrimos, simulações para a estrutura de bandas de alguns átomos, como o silício e o grafeno em um simulador local. Também pudemos simular em uma máquina quântica in silico um modelo generalizado de Hamiltoniano para estudar o seu comportamento a medida que variávamos seus parâmetros. Para o grafeno, fomos capazes de calcular sua estrutura em um simulador quântico local e o resultado foi similar ao que era esperado pela literatura. Para o silício obtivemos uma diferença acentuada no seu estado de energia excitado, que acreditamos ser devido a simplicidade de nossa aproximação.
Acesso aberto (Open Access)
Calibração de um detector de nêutrons no âmbito do experimento SBND
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-04-28) Campanelli, Wallison Luiz Anicézio; Valdiviesso, Gustavo Do Amaral; Machado, Ana Amelia Bergamini; Gardim, Fernando Gonçalves
Este trabalho refere-se à descrição e calibração de um detector de cintilação cuja finalidade é caracterizar o background produzido por nêutrons, induzidos por um feixe de neutrinos, no experimento Short-Baseline Near Detector (SBND). O SBND é parte integrante do programa Short-Baseline Neutrino (SBN), localizado no Fermilab (EUA), tendo como principais objetivos servir de base de comparação para os outros dois detectores de SBN e, de forma independente, estudar a seção de choque neutrino-argônio com precisão sem precedentes. A acurácia na identificação de neutrinos depende fundamentalmente da identificação de interações espúrias, o chamado ruído de fundo, ou background. O próprio feixe de neutrinos induz um background quando estes interagem com a rocha e o concreto imediatamente antes do detector, inserindo nêutrons que podem ser equivocadamente identificados como se fossem o resultado de uma interação com o alvo (argônio líquido). Para auxiliar na caracterização deste fundo de nêutrons, um detector móvel foi construído e tomou medidas no interior do prédio onde o SBND está sendo instalado. A calibração deste detector é fundamental para a caracterização destes nêutrons, principalmente seu espectro de energias. A calibração deve ser feita com base em medidas previamente estabelecidas com três fontes emissoras de gamas, 22-Na, 137-Cs e 252-Cf, esta última também emitindo nêutrons. Estas fontes apresentam linhas espectrais conhecidas, que permitem a calibração. Para fins desta dissertação, apresenta-se a técnica de calibração via identificação do limiar-de-Compton (Compton edge), partindo dos dados brutos provenientes da aquisição eletrônica, culminando na carga média dos gamas do 137-Cs e 22-Na. Em relação ao 252-Cf foi aplicado uma discriminação de forma de pulso, com o intuito de separar nêutrons dos gamas. Por fim, todos os dados das fontes foram avaliados para verificar se podem ser utilizados na calibração, se sim, a calibração pode futuramente ser utilizada para caracterizar nêutrons de fundo proveniente das interações do feixe de neutrinos.
Acesso aberto (Open Access)
Stueckelberg a la Utiyama
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-02-24) Esquia, Juan Carlos Sumire; Cuzinatto, Rodrigo Rocha; Pompeia, Pedro José; Melo, Cássius Anderson Miquele De
O formalismo de Utiyama permite fazer um estudo dedutivo das equações de movimento para os campos clássicos, a interação deles com os campos de matéria e as correntes de conservação que são consequências de manter a invariância nas transformações de gauge (UTIYAMA, 1956). A principal consequência de manter essa invariância mesmo a nível local é: os potenciais de gauge não admitem termos de massa em suas Lagrangianas. Neste trabalho de mestrado, pretendemos fazer o estudo da possibilidade de o formalismo de Utiyama ser estendido para comportar potenciais de gauge A_μ^a massivos, mantendo a invariância de gauge local com ajuda de um campo adicional a la Stueckelberg. Assim, seremos guiados pela teoria de Stueckelberg, um mecanismo que introduz um campo escalar massivo B para o caso do grupo U(1) (RUEGG; RUIZ-ALTABA, 2004) e um campo vetorial massivo ω_μ para o caso do grupo SU(2), cuja lei de transformação (no caso U(1)) carrega o parâmetro de massa m; essa massa é, então, transferida para A_μ.
Acesso aberto (Open Access)
Otimização do processo de preparação e caracterização de cerâmicas do sistema Cu2O e Cu2O:Co3O4
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-10-25) Pimenta, Vinicius Justino; Carvalho, Hugo Bonette De; Mesquita, Alexandre; Godoy, Marcio Peron Franco De
Nesta dissertação de mestrado apresentamos os estudos relacionados a preparação e caracterização química e estrutural das amostras do sistema Cu2O e Cu2O:Co3O4, considerando-se a potencial dopagem do Cu2O com Co na estequiometria de (Cu1-xCox)2O, nas concentrações nominais de xN = 0,00; 0,01; 0,03; 0,05 e 0,07. O preparo das amostras se deu por meio da sinterização convencional, reação em estado sólido para a amostra Cu2O e sinterização em fase líquida para as amostras Cu2O:Co3O4. A caracterização química foi realizada por meio da microscopia eletrônica de varredura e medidas de espectroscopia de raios X por dispersão de energia, as análises estruturais foram realizadas por meio das técnicas de difração de raios X e refinamento Rietveld, espectroscopia de espalhamento Raman e fotoluminescência. Determinamos os parâmetros de sinterização das amostras na condição de obtermos fase única de Cu2O. Verificamos que Co3O4 funciona como ótimo aditivo conferindo à sinterização a condição de sinterização em fase líquida. A sinterização em fase líquida leva a um aumento da densidade volumétrica de massa das amostras com a eliminação de poros e aumento do tamanho mediano de grãos. Observamos que de forma não usual após o resfriamento a fase líquida rica em Co apresenta características vítreas mesmo nos bolsões entre os grãos de Cu2O. Resultados de fotoluminescência nos permitiram concluir que não houve incorporação do Co à matriz do Cu2O e que a densidade de defeitos pontuais do tipo vacâncias aumenta consideravelmente com a sinterização em fase líquida. O aumento da densidade volumétrica de massa, do tamanho mediano de grão e o aumento da densidade de defeitos pontuais com a sinterização em fase líquida nos permitem inferir um aumento da mobilidade e da densidade de portadores de carga, otimizando assim as propriedades de transporte elétrico do Cu2O e potencialmente aumentando
Acesso aberto (Open Access)
Síntese e caracterização do sistema ZnO:Mn:Zr funcionalização via dopagem
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-07-27) Souza, Isabella Silva De; Carvalho, Hugo Bonette De; Neves, Person Pereira; Herval, Leonilson Kiyoshi Sato De
Nesta dissertação de mestrado apresentamos os esforços de preparação e caracterização estrutural de amostras nanoestruturadas do sistema ZnO:Mn:Zr para potencial aplicação nas áreas de fotocatálise, termoeletricidade e spintrônica. As amostras foram preparadas através do método dos precursores poliméricos. A cinética química de síntese dos compostos foi determinada via análises térmicas. A caracterização estrutural se deu via: difração de raios X, refinamento Rietveld, espectroscopia de espalhamento RAMAN e de absorção de raios X. A determinação da morfologia, a estatística de tamanho de partícula, foi realizada via microscopia eletrônica de transmissão. Nos valemos também da técnica de difração de elétrons para determinação da estrutura cristalina. Avaliamos as distâncias interplanares observadas para a identificação das fases secundárias. Os resultados experimentais obtidos indicam a incorporação parcial do Mn e do Zr à superfície das nanopartículas de ZnO e a formação das fases secundárias t-ZrO 2 e Zn x Mn 3-x O 4 (1,6 ≤ x ≤ 2).

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