Frederico Fiúza, professor catedrático do Instituto Superior Técnico e investigador no Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN), foi um dos quatro galardoados com o Prémio Lev D. Landau e Lyman Spitzer Jr. de 2024 pelas contribuições extraordinárias para a Física de Plasmas. Esta distinção é atribuída conjuntamente pela Sociedade Americana de Física e pela Sociedade Europeia de Física.

O Prémio Lev D. Landau e Lyman Spitzer Jr. destaca uma pessoa ou um grupo de investigadores por contribuições extraordinárias— teóricas, experimentais, ou técnicas—para a física dos plasmas e para o avanço da colaboração e unidade entre a Europa e os Estados Unidos da América (EUA), através de investigação conjunta que promove a o conhecimento das duas comunidades de forma única.

Em 2024, o prémio foi atribuído a um conjunto de investigadores: Frederico Fiúza (Instituto Superior Técnico), Anna Grassi (Sorbonne University, França), George Swadling (Lawrence Livermore National Laboratory, EUA) e Hye-Sook Park ( Lawrence Livermore National Laboratory, EUA). A distinção deve-se ao “ avanço crítico na compreensão da física da aceleração de partículas em choques relevantes do ponto de vista astrofísico através da análise teórica e experiências na National Ignition Facility”, de acordo com a organização do prémio.

O trabalho agora reconhecido “permitiu perceber melhor a física da aceleração de partículas em onda de choque astrofísicas através de análise teórica e de experiências realizadas no maior sistema laser do mundo, a National Ignition Facility (NIF), no Lawrence Livermore National Laboratory”, explicou Fiúza.

Frederico Fiúza interessou-se pelo tema quando quis “perceber melhor como funcionam estes  aceleradores de partículas”. À época trabalhava no Lawrence Livermore National Laboratory onde tinha “acabado de desenvolver-se o sistema de lasers do NIF” (o laser mais energético do mundo) e havia interesse “em perceber se podiam usar estes lasers para outros tipos de estudos, em particular em astrofísica”. Mesmo após o regresso ao Técnico, em 2023, o físico continua a “colaborar nos estudos teóricos e experimentais”, iniciados há 12 anos.

Sobre o significado desta distinção, o investigador do Técnico refere ser “um orgulho ver o trabalho reconhecido pelos pares, ainda para mais com um prémio que está associado a dois investigadores tão brilhantes e influentes”. E acrescenta que “o IPFN e o Técnico são um exemplo de que se pode fazer investigação de ponta internacional com elevada qualidade a partir de Portugal”.

O nome do galardão é uma homenagem aos físicos pioneiros Lev D. Landau e Lyman Spitzer Jr.. Com  Landau a ser reconhecido pelas suas contribuições à mecânica quântica e física da matéria condensada, e Spitzer celebrado pelo seu trabalho visionário em astrofísica e desenvolvimento de telescópios espaciais.

A investigação de Frederico Fiúza: construir novas janelas para o estudo dos aceleradores cósmicos 

As ondas de choque associadas à explosão de estrelas (supernova) são vistas como aceleradores de raios cósmicos (partículas carregadas com elétrões e protões) ultrapotentes. Estas ondas serão responsáveis por gerar as partículas mais energéticas de origem na galáxia Via Láctea. 

Os raios cósmicos têm energias que chegam a ser 100 vezes superior às das partículas aceleradas no LHC (Larger Hadron Collider) no CERN (Organização Europeia para a Investigação Nuclear), na Suíça. Apesar da importância destes aceleradores cósmicos, ainda não não se sabe bem como funcionam e o que lhes permitirá ser tão mais eficientes do que os aceleradores construídos na Terra.Grande parte da dificuldade está em não ser possível estudá-los diretamente, atendendo à  grande distância a que estão do Planeta Terra – apenas é possível ver a luz que os electrões de alta energia radiam.

A equipa de Frederico Fiúza tem estado a tentar construir uma nova janela para o estudo destes aceleradores, ao criar em laboratório, com lasers muito energéticos, condições relevantes para estudar a sua física. Assim, os cientistas podem depois testar modelos teóricos para os processos de aceleração e validar também as simulações numéricas que são usadas para descrever estes sistemas astrofísicos. 

Nos últimos anos foi possível, pela primeira vez gerar ondas de choque em condições relevantes para as geradas por explosões de estrelas, algo que há décadas se tentava conseguir – observar a aceleração de eletrões nessas ondas e melhorar os modelos teóricos para os mecanismos de aceleração baseados nos resultados experimentais e comparação com simulações numéricas.

Em 2022, Frederico Fiúza foi um dos investigadores contemplados com as prestigiadas Consolidator Grants, atribuídas pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC)

 *Texto parcialmente escrito em colaboração com o Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN)