A - Fisica - no - Brasil

A - Fisica - no - Brasil

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A FÍSICA no BRPSIL

A FÍSICA no BRflSIL

SOCIEDADE BRASILEIRA DE FISICA 1987

SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA DIRETORIA JULHO-1985 /JULHO-1987

Presidente Remayena Gazzinelli

Vice Presidente Sergio Machado Rezende

Secretário Geral Humberto Siqueira Brandi Secretário Gil da Costa Marques

Tesoureiro Artemio Scalebrin

Sec. Assuntos Ensino Luiz Carlos de Menezes

Sec. Adj. Ass. Ensino Arden Zylbersztajn

Instituto de Física da USP

Departamento de F (sita dos Materials e Mecânica

Caixa Postal 20.553 01000 - Siio Paulo SP . Fone: (0111 815.59. Ramal 2

JULHO 1987

Alejandro S. Toledo — USP Giorgio Moscati - USP

Felipe R. Barbosa — TELEBRAS Frederico Dias Nunes — ELEBRA

Sergio Celaschi — TELEBRAS

ENSINO DE FISICA Luiz Carlos de Menezes — LISP

Sergio M. Rezende (Coord.Geral) — UFPE Silvio R. Salinas — LISP Gil da Costa Marques — USP Alejandro S. Toledo — LISP Paulo Sakanaka — UNICAMP

Silvio R. Salinas — USP Afonso G. Gomes CBPF

Alaor S. Chaves — UFMG

Celso Pinto de Melo — UFPE Eugenio Lerrter -- UFRJ George Bemski — CBPF Humberto S. Brandi — PUC/RJ Lia Amaral — USP Mário Engelsborg — UFPE Oraciro R. Nascimento — IFCOSC Roberto Luzzi — UNICAMP Spero P. Morato — IPEN

Carlos Ourivio Escobar — LISP Erasmo Ferreira — PUC—RJ Gil da Costa Marques — USP

Jos@ Fernando Perez — USP Juan Alberto Mignacn — CBPF Mario Novell() — CBPF Ricardo S. Schur — UFMG Victor de Oliveira Rivelles — UnB

PLASMAS Paulo H. Sakanaka ICoord.l — UNICAMP Darcy Diltenburg — UFRGS Iber# L. Caldas — USP Ricardo M. O. Galeão — USP—INPE

Angela T. Weber Cilene Vieira Maria Helena 53 Barreio

DATILOGRAF IA Solange de Lucena Kreismann by Sociedade Brasileira de Física

Reservados os direitos da edicéo Sociedade Brasileira de Física 1987 Printed in Recife, Brasil

Sociedade Brasileira de Física

S678f A física no Brasil. —S5o Paulo:

Sociedade Brasileira de F fsica, Instituto de Física da USP, 1987.

455p.

ISBN 85-292.0001-2

1. FIr51CA—BRASIL—HISTÓRIA 2. FÍSI-

CA-1NVESTIGAÇIjES 3. FÍSICA—NUCLEAR 4. FISICA BIOLÓGICA I. Título

CDU-53 {81) PeR—BPE

Índice

APRESENTAÇÃO 9

VISAO GERAL DA FÍSICA 1

BREVE HISTÓRICO E DADOS SOBRE A FÍSICA NO BRASIL .25

FÍSICA DAS PARTÍCULAS E SUBAREAS CORRELATAS 51

FISICA DA MATERIA CONDENSADA 75

FISICA DE PLASMAS 225 FISICA NUCLEAR 269

ENSINO DE FÍSICA 281 SITUAÇÃO DA FÍSICA NAS EMPRESAS 287

ENDEREÇOS DAS INSTITUIÇOES 293 flprefentação

. Este documento é o- resultado de um estudo quantitativo e qualitativo da

Física no País realizado pela Sociedade Brasileira de Física Ao contrário de levantamentos anteriores, como as Avaliações e Perspectivas do CNPq, este trabalho não foi encomendado pelo Governo tendo surgido da própria iniciativa dos físicos. Infelizmente não foi possível fazer uma análise mais detalhada dos recursos financeiros investidos na Física brasileira. Também não foi possível promover reuniões para realizar uma avaliação global da Física e fazer projeções. Entretan- to, estamos certos de que este documento será valioso pelas informações relevantes que contém. Esperamos que ele estimule uma análise crítica mais profunda da Física e sirva de instrumento para um planejamento mais coerente de seu crescimento no Pais.

O levantamento da SBF toi iniciado em novembro de 1985 e realizado em duas partes. Uma delas consistiu na obtenção de dados numéricos das instituições para atualização das tabelas publicadas no Avaliação e Perspectivas do CNPq de 1982. Este trabalho foi inicialmente realizado pelos secretários regionais da SBF. Posteriormente as tabelas foram enviadas diretamente aos dirigentes das instituições para serem conferidas. Esta parte geral está apresentada nas duas primeiras secções deste documento, na elaboração das quais utilizamos dados e descrições contidas nos relatórios de Avaliação e Perspectivas do CNPq de 1978 e 1982.

A outra parte constou do levantamento de dados quantitativos e qualitativos dos grupos de pesquisa Isto foi.feito através de comissões relatoras das éreas Mais relevantes da Física no Pais, coordenadas por físicos experientes. Os dados foram obtidos através de correspondência e telefonemas, tendo sido solicitados aos grupos de pesquisa diretamente pelos coordenadores das comissões e através do

Boletim n° 1 de 1986 da SBF. As informações dos grupos foram discutidas nas reuniões tópicas e nas reuniões anuais da SBF de 1986 e 1987. A partir dos dados e das discussões as comissões fizeram análises, projeções, e elaboraram reco- mendações para cada área. f preciso ressaltar que os relatórios das diversas subáreas não estão com formato uniforme porque não foi possível promover discussões entre as várias comissões relatoras. Assim sendo, o grau de detalhamento de cada relatório deve ser atribuído ao trabalho da comissão e não ao estágio de desenvolvimento da subárea no País. A comissão coordenadora deste trabalho está ciente de que há grupos de

Física no País cujas informações não estão contidas 'no presente documento. Este é o caso das subáreas pequenas que não são objeto de estudo neste documento. Em todo caso, os pesquisadores e estudantes destes grupos estão contabilizados nas tabelas das instituições. Ë possível também que tenha havido falhas das comissões na identificação de todos pesquisadores das subáreas, mas certamente não faltaram solicitações públicas de colaboração feitas no Boletim e nas reuniões da SBF. Esperamos que as falhas detectadas pela comunidade sejam comunicadas SBF visando melhorar futuras versões deste documento.

Nesta oportunidade agradecemos aos secretários regionais da SBF, aos dirigentes das instituições, aos membros das comissões relatoras, aos funcionários da SBF e a todos que de alguma forma colaboraram na realização deste trabalho.

Finalmente desejamos agradecer as agências que financiaram este trabalho.

A F INEP apoiou as reuniões tópicas e a reunião anual da SBF nas quais o trabalho foi discutido. A CAPES financiou as reuniões das comissões relatoras e parte do trabalho de impressão. O CNPq cobriu as despesas com a impressão final do documento.

Sergio M. Rezende Recife, 20 de julho de 1987

FÍSICA E A SOCIEDADE 13 OBJETO E MÉTODO DA FÍSICA 14 AREAS DA FÍSICA 15 AREAS INTERDISCIPLINARES 2

Virão Geral da Píica

A F isica é o campo da ciência que investiga os fenômenos e as estruturas mais fundamentais da natureza. O conhecimento acumulado neste campo tem possibilitado a humanidade compreender aspectos cada vez mais complexos da natureza, e através dele criar sistemas, dispositivos e materiais artificiais que têm contribuído decisivamente para o progresso tecnológico.

Foram as investigações de físicos europeus sobre os fenômenos elétricos e magnéticos, no século passado, que levaram à invenção do gerador e do motor elétricos, utilizados atualmente para gerar energia elétrica e para produzir movimento, numa variedade enorme de aplicações que afetam nossa vida diária. Essas mesmas investigações levaram à descoberta no século passado de que a luz é uma onda eletromagnética. Ondas desta natureza, mas com menor freqüência propiciaram a invenção do rádio, da televisão, do radar e dos sofisticados meios de telecomunicações que estão incorporados na sociedade moderna

A descoberta da mecânica quântica na década de 1920 possibilitou a compreensão detalhada da estrutura atômica e das partículas fundamentais da natureza. Além de abrir espaço para um grande desenvolvimento da Física e de ou- tros campos da ciência, como a Química, a Biofísica e a Astrofísica por exemplo, a mecânica quântica conduziu à descoberta de novos fenômenos. Um deles, o da condução eletrônica em semicondutores, possibilitou a invenção do transistor em 1947 e dos circuitos integrados no final da década de 50. Essas invenções revolu cionaram a eletrônica e abriram o caminho para a disseminação dos computadores que estão transformando os costumes da sociedade. Outra invenção, a do laser em 1960, propiciou o advento das comunicações ópticas e está produzindo profundas modificações na eletrônica. Infelizmente a Física tem possibilitado tanto algumas invenções que tornam a vida melhor e mais confortável, quanto outras que podem destruí-la. Como utilizer as descobertas cientificas apenas para o bem é um dos principais desafios da sociedade moderna e nessa discussão os físicos podem desempenhar importante pape! esclarecedor.

Uma característica essencial da pesquisa em Física é a procura dos aspectos mais fundamentais das estruturas e dos fenômenos, bem como a sua compreensão e descrição em termos de leis as mais gerais possíveis. A F ísica investiga des- de partículas subatómicas, átomos e moléculas, até fenômenos que envolvem grandes aglomerados delas, como a matéria ordinária. Nessa escala, por exemplo, suas leis e métodos são usados para o estudo da Terra, e dos fenômenos que se passam em sua atmosfera, dos planetas e das galáxias. Em uma escala maior, essas leis e métodos permitem uma descrição do Universo como um todo, e a criação de modelos para a sua Pvolução. Nesse percurso do microcosmo ao macrocosmo passa-se de dimensões de 10-15m (raio do próton) até o tamanho de uma galáxia

11021m) ou do Universo (1025m). A Física se encontra em estágio de grande vitalidade e quase toda a ativida- de atual de pesquisa é feita sobre temas inexistentes há cem anos. A maioria de- les decorrentes de descoberta da estrutura atómica da matéria e sua compreensão por meio da mecânica quântica. Na Física de hoje muitos fenômenos estudados não fazem parte de nossa experiência cotidiana, sendo necessárias condições muito especiais para produzi-los e analisá-los. Isto tem levado a espetaculares su- cessos tecnológicos que suscitam grandes investimentos nesta área, com a conse- qüência de que há atualmente um grande número de profissionais dedicados á pesquisa física. Esses dois aspectos (a dificuldade em produzir e analisar os fenô- menos e o grande número de participantes do processo) do panorama científico contemporâneo estabelecem uma diferença importante entre a Física de nossos dias e a Física Clássica. O pesquisador moderno necessita de equipamento sofisti- cado, apoio técnico de alto nível, uma infra-estrutura adequada e acesso rápido aos resultados obtidos por outros pesquisadores. Apesar disso, o método básico científico permanece, em essência inalterado.

Contudo, a complexidade dos equipamentos e da linguagem matemática das teorias tornou inevitável a divisão dos físicos em duas categorias: teóricos e experimentais. Os experimentais realizando o contato concreto com os fenômenos. planejando, construindo e utilizando o equipamento para testar conjeturas geradas pelas próprias experiências ou sugeridas pelos teóricos, que, por sua vez, trabalham preponderantemente na elaboração de modelos abstratos para conjuntos de fenômenos ou, em nível mais avançado, na construção de teorias. Ambos são indispensáveis ao progresso da Física, como elos de uma mesma corrente. A pesquisa experimental na Física Contemporânea exige alto grau de engenhosida- de e equipamentos especializados. Com freqüência estes equipamentos são criados e desenvolvidos pelos próprios físicos, e muitas vezes encontram aplicações na indústria e em outros campos da ciência. Em geral pesquisadores. estudantes e técnicos de apoio trabalham congregados em grupos de pesquisa, que normalmente recebem recursos diretamente dos órgãos financiadores. Raramente os físicos trabalham isoladamente, sendo as publicações científicas em geral assina- das por vários autores, e com freqüência a colaboração científica extrapola os muros das instituições congregando físicos de vários locais ou até mesmo de paí- ses diferentes. O processo cientifico moderno é complexo e dispendioso. Por isso seu de- senvolvimento e manutenção dependem de decisões políticas do poder público, que afetam de muitas maneiras toda a sociedade.

Sendo um campo extremamente sofisticado da ciência, a Física investigada nos dias de hoje 6 subdividida em várias áreas distintas. Uma divisão frequente- mente utilizada 6 a seguinte:

Física das Partículas Elementares Física Nuclear Física de Plasmas

Física da Matéria Condensada

Física Atómica e Molecular Física Geral e Física Clássica Areas Interdisciplinares

A seguir apresentamos uma descrição resumida das principais características e objetivos dessas áreas

Física das Partículas Elementares

A Física das Partículas Elementares tem por objetivo a descoberta e a compreensão dos constituintes mais simples da matéria e das forças básicas que atuam entre eles. Busca-se, sobretudo, as leis básicas e princípios unificadores que forneçam um quadro racional dos fenômenos já conhecidos e possam prever fenômenos novos. Podemos caracterizar uma partícula elementar como sendo aquela que não apresenta estrutura interna. Com tal definição em mente, constatamos facilmente que o próprio conjunto das partículas elementares tem variado conforme a época histórica considerada. Os átomos foram considerados os constituintes mais simples da matéria por longo tempo. Descobriu-se então que os átomos são constituídos de um núcleo, formado por prótons e neutrons, e elétrons. Os prótons e neutrons foram considerados elementares por cerca de 50 anos; porém, durante as duas últimas décadas, descobriu-se que os mesmos possuem ulna estrutura in- terna que pode ser descrita em termos de partículas mais simples chamadas quarks. Os elétrons, por outro lado, até hoje não apresentaram indícios de possuir uma estrutura interna e portanto são considerados como partículas elemen- tares.

As partículas elementares, atualmente, são classificadas em três categorias; os leptons, os quarks e os bósons de gauge (ou de calibre). Os leptons são; o elé- tron, o muon, o teu e seus respectivos neutrinos. 0 elétron, o muon e o tau possuem carga elétrica e massa. Os neutrinos não possuem carga elétrica e busca-se esclarecer se possuem ou não massa. Os quarks são as partículas que compõem os hadrons denominação dada aos mesons (p. ex., os mesons pi, rho, etc.) e aos bárions (p. ex., o próton, o neutron, os híperons, etc.). Os bosons de gauge são partículas mediadoras da interação entre os quarks e os leptons. O mediador da força eletromagnética é o fóton.

Existem quatro forças básicas na Natureza: a da gravitação, a eletromagnética, a interação fraca e força nuclear forte. A intensidade com que essas forças atuam sob condições típicas é dada pelo valor de sua constante de acoplamento, que em unidades naturais tem os seguintes valores; força gravitacional 10.39, força fraca 10'5, força eletromagnética 10-2 e força forte 1. Um dos objetivos básicos da pesquisa nesta área é a obtenção de modelos que unifiquem todas as interações. Já existe uma teoria unificada das interações eletromagnéticas e fracas,mas ainda não há um esboço satisfatório de uma teoria de unificação de to- das as forças. O esforço para a compreensão das particulas elementares tem extrapolado para áreas tradicionalmente distantes, como a Relatividade, Gravitação e Cosmologia. Descobertas recentes na teoria das partículas tem levado a pistas importantes para a compreensão da origem do universo. Na Física das Partículas Elementares as experiências consistem basicamen- te na observação dos resultados das colisões entre partículas, a fim de obter in- formações acerca de suas interações. Quase todas as experiências nessa área são efetuadas utilizando-se aceleradores que produzem feixes de particulas de alta energia que são utilizados para o estudo de colisões com alvos adequados. Devido à necessidade de um aporte apreciável de recursos financeiros para a construção de grandes aceleradores de partículas, existem poucos laboratórios no mundo em condições de realizar experiências de vanguarda nessa área. Isto faz com que a cooperação científica internacional seja essencial para a pesquisa nesta área. A Física de Partículas tem quarenta anos de tradição no Brasil, tendo dado relevantes contribuições tanto em problemas teóricos como em descobertas experimentais. Atualmente o País conta com poucos grupos expenirílentais nesta subárea. Pesquisas teóricas em Fenomenologia de Partículas e em Teoria Quintica dos Campos são desenvolvidas por diversos grupos do Pais, os quais têm conseguido manter razoável intensidade de cooperação internacional. Esta cooperação é essencial para a atividade de pesquisa em Física de Partículas e Teoria de Campos tanto teórica como experimental, e deve ser considerada como requisito básico para a manutenção do bom nível científico nessas pesquisas. A ausência de uma maior atividade experimental se constitui no grande empecilho a um maior desenvolvimento desta subárea. Em conseqüência, está havendo. uma certa emigração de pesquisadores para áreas limítrofes.

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