Modelagem Computacional para Aplicações em Engenharia e Meio Ambiente
Coordenação: Profº Antonio José da Silva Neto
A formulação e solução de problemas diretos e inversos constituem uma área de pesquisa com inúmeras aplicações relevantes em Engenharia, Biotecnologia e Meio Ambiente, apenas para citar algumas. O Brasil possui destaque no cenário internacional na área de problemas inversos, e um dos grupos de pesquisa mais fortes no país atua no Instituto Politécnico da Uerj, sob a coordenação do proponente do presente projeto de pesquisa de cooperação internacional. Diversas formulações e diferentes métodos de solução têm sido propostos por este grupo de pesquisa, há mais de 20 anos, em parceria com diferentes instituições do país e do exterior. Este projeto permitirá consolidar as parcerias existentes, bem como ampliá-las, com resultados concretos tanto no que se refere à divulgação dos resultados das atividades de pesquisa, quanto na formação de recursos humanos no nível de pós-graduação. Estas atividades estão diretamente vinculadas às Linhas de Pesquisa do Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional intituladas: (i) Matemática Aplicada e Computação Científica; e (ii) Termofluidodinâmica. Nos últimos dez anos (2007-2017) tiveram início e cresceram significativamente os projetos de cooperação internacional, no âmbito de Problemas Inversos com uso de Inteligência Computacional, levando à publicação de dois livros, seis capítulos, 24 artigos completos em periódicos, e 30 artigos completos em eventos científicos, além da formação de recursos humanos no Brasil e no exterior. O projeto de pesquisa em cooperação internacional aqui proposto tem por objetivo central desenvolver a modelagem computacional, simulação e experimentação, com base em Problemas Inversos e Inteligência Computacional, visando aplicações em Engenharia, Biotecnologia e Meio Ambiente. Neste projeto serão desenvolvidas atividades teórico/analíticas, numéricas e experimentais em três eixos principais de atuação: (i) Transferência de Calor; (ii) Transporte/Transferência de Massa; e (iii) Identificação de Danos e Falhas em Sistemas Industriais. Este projeto fortalece uma parceria sólida construída com a Universidade Tecnológica de Havana José Antonio Echeverría no período de 2007 a 2017, bem como amplia sua abrangência com a participação da Universidade de Granada, da Espanha. Tem-se, assim, um projeto de cooperação internacional trilateral: Brasil, Espanha e Cuba, a ser realizado no período de 2018 a 2022. Conexões também são estabelecidas com o BEIJING COMPUTATIONAL SCIENCE RESEARCH CENTER (CHINA).
Modelagem Computacional em Experimentos de Tomografia Computadorizada e Fluorescência de Raios X
Coordenação: Profº Joaquim Teixeira de Assis
O estudo da aplicação de códigos Monte Carlo em experimentos de imageamento em Tomografia Computadorizada e na obtenção de composições elementares com a técnica de Fluorescência de Raios-X tem sido tema de vários trabalhos publicados recentemente e presentados em conferências internacionais. Já vimos trabalhando neste tema com aplicações na área de Materiais e Arqueometria e esperamos ampliar essas aplicações com colaboradores que já temos parceria. O PPG em Modelagem Computacional da Uerj já vem atuando na área aplicações do método de Monte Carlo em Tomografia Computadorizada como em Fluorescência de Raios X. Temos realizado e aprovado projetos conjuntos com o PPG em Física/UERJ na FINEP e comprados equipamentos para uso compartilhado. Temos a disposição um microtomógrafo Skyscan 1174, equipamentos de XRF (ARTAX200 e mais 5 espectrômetros AMPTEK com anodos variados, além de um DRX D2 da Bruker). Temos participação conjunta em vários trabalhos e em co-orientações. O uso dos códigos Monte Carlo XRMC, GEANT4 e MCNP para comparar resultados de simulação e experimentais e sugerir modificações nesses programas para melhores resultados. Através de colaboração estreita com a Universidade de Sassari, onde o código XRMC foi desenvolvido, esperamos enviar docentes e receber visitas técnicas de pessoal de lá, para estreitar essa colaboração. Também esperamos estreitar as relações de colaboração com as Universidades de Roma (Sassari), Itália; St. Petersburgo, Rússia; Lisboa e Évora, em Portugal, para comparar resultados simulados e experimentais em amostras arqueológicas.
Para mais informações, acesse: http://lefi.iprj.uerj.br/capes-print/pt
Interações Fortes: Fundamentos Teóricos e Aplicações
Coordenação: Profº Bruno Werneck Mintz
Todos os processos na natureza são descritos através de quatro forças fundamentais. Uma delas, a interação forte, é o tema deste projeto de pesquisa e descreve a interação no interior do núcleo atômico, entre os constituintes fundamentais de toda a matéria conhecida. A cromodinâmica quântica é a teoria que descreve tal força em termos de partículas subatômicas chamadas quarks e glúons. Na fronteira da física encontram-se diversas perguntas relacionadas à interação forte: como era o universo frações de segundo após o big bang? O que acontece no interior de estrelas ultracompactas? E por que observamos dezenas de partículas compostas de quarks e glúons, como o próton e o nêutron, mas nunca detectamos esses blocos fundamentais diretamente? O desenvolvimento teórico proposto neste projeto tem exatamente o objetivo de contribuir para responder tais perguntas e assim compreender a composição mais profunda da matéria conhecida. Este projeto consiste em um conjunto de esforços teóricos para compreender como as interações fortes se manifestam em diferentes contextos em que a teoria fundamental, a cromodinâmica quântica, apresenta acoplamento forte e a aproximação perturbativa padrão não é aplicável. Um dos objetivos é a investigação do que acontece com essa interação a energias baixas, com o estudo de modelos teóricos para a descrição do confinamento de quarks e glúons no interior dos hádrons, como os prótons e os nêutrons. Propostas que visam um esquema de quantização apropriado para teorias de calibre não-abelianas nesse regime de baixas energias, com um tratamento apropriado da redundância de calibre, constituem parte essencial deste projeto. Tais teorias e suas aplicações são objetos centrais de investigação neste projeto. Outra questão complementar que também é abordada trata-se do estudo de condições extremas, que poderiam gerar o desconfinamento dos quarks e glúons. TAIS PARCERIAS ENVOLVEM OS PAÍSES CHILE, URUGUAI, FRANÇA, VIETNÃ,BÉLGICA, ALEMANHA, ITÁLIA, por meio de convênios com as instituições: HEIDELBERG UNIVERSITAET, CEC-VALDIVIA, UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA, CEA-SACLAY, UNIVERSITÉ PARIS 7, ÉCOLE POLYTECHNIQUE, SORBONNE UNIVERSITÉ, DUY TAN UNIVERSITY, UNIVERSITY OF LEUVEN – KORTRIJK, HEIDELBERG UNIVERSITAET, GOETHE UNIVERSITAET FRANKFURT, HEIDELBERG UNIVERSITAET e INFN Torino.
Modelagem Computacional do Transporte Não-Clássico de Partículas Neutras
Coordenação: Profº Ricardo Carvalho de Barros
O transporte de partículas neutras tem muitas aplicações em física de reatores e transferência radiativa. Grupos de pesquisa no Brasil e em outros países vêm trabalhando na modelagem computacional determinística e estocástica do transporte de nêutrons e fótons, tanto de transporte clássico (sistemas com centros de espalhamento não correlacionados) como não-clássico (centros de espalhamento correlacionados). O grupo de pesquisa em Neutrônica Computacional Determinística (NCD) tem oferecido contribuições para simulações de transporte clássico desde 1997. O presente projeto será uma oportunidade para o NCD contribuir também na área do transporte não-clássico com o programa de pós- graduação proposto no NUCLEAR ENGINEERING GRADUATE PROGRAM / THE OHIO STATE UNIVERSITY, com publicações conjuntas e formação de estudantes de PG. Desde 1997, o grupo NCD vem trabalhando em simulações computacionais de transporte clássico de partículas neutras aplicadas à física de reatores e blindagem de radiação, destacando-se contribuições significativas para a solução numérica da equação linear de transporte de Boltzmann e da equação de difusão em grades espaciais grossas; notadamente a classe espectronodal de métodos numéricos de malha grossa. Estamos agora interessados em oferecer contribuições para simulações computacionais de transporte não clássico com aplicações amplas em geofísica e em reatores de muito alta temperatura (geração IV). Propomos neste projeto iniciar colaborações com pesquisadores mais experientes no transporte não-clássico. Na teoria linear clássica do transporte de partículas neutras, a probabilidade de uma partícula em um determinado ponto do espaço e com energia cinética conhecida experimentar uma interação é independente da direção do movimento e do comprimento da trajetória, que é a distância percorrida pela partícula desde a sua interação anterior (nascimento ou espalhamento). Nesta situação, a equação linear clássica de Boltzmann é usada para modelar problemas de transporte de partículas em que as localizações dos centros de espalhamento não estão correlacionadas. Neste projeto, propomos usar a equação generalizada não-clássica de Boltzmann como modelo para sistemas aleatórios estatisticamente homogêneos em que a função de distribuição para as distâncias entre os centros de espalhamento não é exponencial. Esta situação ocorre na descrição do transporte de fótons em nuvens atmosféricas e transporte de nêutrons em reatores nucleares de leito de esferas.
Física de Altas Energias no Âmbito da Colaboração CMS (Compact Muon Solenoid) do Cern e as Tecnologias Associadas da Engenharia e Computação
Coordenação: Profº Luiz Martins Mundim Filho
A física de altas energias (FAE) é uma área na qual todos os experimentos em operação ou em planejamento são construídos mediante um esforço internacional de dezenas de países. Dada a complexidade dos experimentos e o espectro de tópicos disponíveis para estudo, envolve igualmente diversas áreas da ciência: no planejamento, construção e operação dos experimentos (física, engenharias, computação, etc.); nos desdobramentos das tecnologias desenvolvidas nesses experimentos (medicina, etc). É um fato conhecido que o grande colisor de hádrons (lhc) do cern é o maior e mais complexo instrumento científico já construído. O grupo de Fae da Uerj tem várias décadas de experiência em colaborações internacionais e está envolvido com o experimento CMS do cern há mais de 10 anos. A parceria aqui estabelecida visa que o grupo de física intensifique sua participação nos experimentos, mas também busque treinamento e formação de recursos humanos em nível de pós- graduação em novas tecnologias na área de eletrônica, nanotecnologia (detectores) e ciência da computação, muitas vezes inexistentes no mercado. O volume de dados produzidos (da escala de exabytes) precisa ser processado utilizando o que há de mais moderno em computação de alta performance, computação paralela, inteligência computacional e aprendizado de máquina. Este projeto procura dar suporte às atividades do grupo de Fae da Uerj junto ao CMS/CERN e expandir as atividades dos PPGs parceiros, contribuindo para a intensificação das ações de internacionalização dos mesmos. A colaboração entre os ppgs aqui citados permitirá aprofundar a participação da Uerj no CMS, criando condições para o engajamento em projetos de pesquisa e desenvolvimento nas áreas de eletrônica, detectores, computação e de pesquisa em física, explorando as sinergias existentes entre essas áreas no que diz respeito à área de Fae. É previsto o desenvolvimento de detectores ultrarrápidos utilizando técnicas de nanofabricação e da eletrônica associada, métodos inovadores em aprendizado de máquina e computação de alto desempenho (através do PPG-CCOMP) objetivando a participação mais ativa do grupo em sub detectores do CMS associados aos tópicos de física de interesse do grupo (física frontal, física de sabores pesados, supersimetria e bóson de higgs). Tais atividades serão realizadas com países como EUA, Itália, Portugal, Espanha, Alemanha, por meio das instituições: LIP, CIEMAT, Univ de Aachen DESY, Univ Milano – Bicoca, e Politécnico de Bari.