The CFTC – Center for Theoretical and Computational Physics – is a research unit of the Faculty of Sciences of the University of Lisbon, with projects in theoretical physics. The international team includes academic staff, post-doctoral fellows, and PhD students. It also provides research training for students in all three higher education cycles. For the period of 2014 our research will be organized into three main directions and carried out by three research groups. A. The Particle Physics Group will investigate the phenomenology of the Higgs particle in the Standard Model, as well as in the context of its extensions, with emphasis on the symmetries of such models, their breaking and consequences for experimental observables to be measured at LHC; will study the interactions of the top quark, with detailed simulations of their possible impact at LHC. B. Non-linear Dynamics and Waves Group will study, analytically and numerically, nonlinear phenomena in various physical systems, including Bose-Einstein condensates of atoms and quasi-particles and nonlinear optical systems. We will consider nonlinear systems obeying parity-time symmetry. C. Condensed Matter Physics Group will perform research focused on the concept of order on various length scales in condensed systems, and on the description of the transitions between states with different types of order, using the tools of theoretical physics. The main topics of research will include (i) soft matter, with emphasis on ordered fluids and colloidal systems, (ii) spin glasses. O CFTC – Centro de Física Teórica e Computacional – é uma unidade de investigação da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa cujo trabalho cobre várias áreas da física teórica. Conta com uma equipa internacional que inclui professores do ensino superior e bolseiros pós-doutorados. Dá, ainda, formação a alunos de doutoramento, de mestrado e de primeiro ciclo. No período 2014, a nossa investigação estará organizada em três linhas principais e será realizada por três grupos. A. O Grupo de Física de Partículas vai continuar a investigar a fenomenologia do bosão de Higgs no Modelo Padrão bem como no contexto de modelos com extensões escalares, com ênfase nas simetrias, na sua quebra e nas consequências para observáveis experimentais a serem medidos no LHC; vai também estudar as interacções do quark top, com simulações detalhadas do seu possível impacto no LHC. B. O Grupo de Dinâmica Não linear e Ondas vai estudar analiticamente e numericamente fenômenos não lineares em diversos sistemas físicos, em particular em condensados atómicos ou de quase-partículas de Bose-Einstein e sistemas ópticos não lineares. Vão ser considerados sistemas não linears com a simetria paridade-tempo. C. O Grupo de Física da Matéria Condensada realizará investigação centrada no conceito de ordem a várias escalas em sistemas clássicos, bem como na descrição das transições entre estados caracterizados por diferentes tipos de ordem, uilizando as métodos da física teórica. Os principais tópicos de investigação serão: (i) matéria mole, com ênfase em fluidos ordenados e colóides; (ii) vidros de spin.

This proposal aims to fund Portugal’s participation in the operations and maintenance of the ATLAS experiment at CERN’s Large Hadron Collider (LHC) and the team’s contributions to physics analysis. The LHC is currently in its third run of operation (Run 3), providing proton-proton collisions at a centre of mass energy of 13.6 TeV and an instantaneous luminosity of 2x10^34 cm-2s-1, which corresponds to around 50 pp collisions per bunch crossing. Till the end of 2025, when Run 3 will finish, the ATLAS and CMS experiments are expected to collect an integrated luminosity of 300 fb^-1 of pp collisions and 6-7 nb^-1 for PbPb collisions. Ensuring the best quality data for physics analyses requires the engagement of the full ATLAS collaboration to operate and maintain the detector and monitor the data quality. The LIP Portuguese team is a founding member of the ATLAS Collaboration and has contributed significantly to the experiment's construction, operations, physics and upgrades. During the duration of ATLASDaTA, we will continue to contribute to the challenges ahead, with emphasis on operations, maintenance and performance studies of the three sub-detector systems in which we have institutional commitments: the TileCal hadronic calorimeter, the trigger system and the ATLAS Roman Pot (ARP) detectors. In addition, we aim to exploit the physics capabilities of the data collected so far to study the Higgs boson properties, search for new physics beyond the Standard Model and develop ambitious flavour tagging algorithms to support our analyses.  Our activities are currently concentrated in the following areas: Physics Analyses Standard Model Precision Measurements. Despite being a highly successful theory, the Standard Model of Particle Physics (SM) is incomplete since there are many phenomena it cannot describe. Our goal here is to probe the limits of validity of the SM in the Higgs and the top quark sectors. In particular, we aim to precisely measure the Higgs couplings to the top and b-quarks and the coupling to W bosons, including spin and CP properties in the coupling vertices. The latter can be sensitive to possible CP violation in the Higgs sector, an important clue for SM extensions that must be investigated. Searches for exotic particles and interactions. We complement the precise measurements of the Higgs properties by directly searching for new physics. Many theories beyond the Standard Model (BSM) predict new particles that could be within the reach of the LHC, and we have led many analyses in this context [8-12]. However, no new particles have been discovered so far. This motivates the development and implementation of new machine-learning-based anomaly detection techniques in ATLAS to complement the current strategy of new physics searches in ATLAS and increase the scope of our analyses [14-15]. Heavy ions (HI) physics. We target the study of heavy-flavour jets, with the long-term goal of understanding the mechanism of the jet energy loss in the quark-gluon plasma. We contribute to Heavy-Flavour tagging using Deep Neural Networks in pp and Pb+Pb collisions. We aim to continue this effort, evolving to the 2nd generation Grap Neural Learning algorithms. We also plan to develop a new observable for the jet energy loss in the QGP, the transverse momentum ratio between heavy-ion and proton-proton (pp) jets in the same quantile. Maintenance and operations of the ATLAS detector and trigger system TileCal . Our team is a key member of the TileCal hadronic calorimeter. We are responsible for developing, maintaining, and continuously upgrading the TileCal Detector Control System (DCS) and lead the TileCal Data Preparation group. We will continue our strong commitment to TileCal, leading and supporting the DCS and data preparation activities and contributing to the calibration, operations and data quality. Jet Trigger. We are leading the Jets High-Level Trigger group and have significantly contributed to the performance studies and trigger developments since 2008. We will continue to be committed to its operations, maintenance and performance optimisation. Forward Detectors. We will continue our responsibilities for developing, maintaining, and supporting the AFP vacuum and movement controls, coordinating the AFP DCS group, and developing and commissioning the central exclusive production triggers. Software and computing. We contribute to developing and supporting global ATLAS Distributed Computing operations, such as monitoring software and shift organisation, as well as to the development and maintenance of the physics office software, including the Glance database (for management of all the collaboration’s members’ data, publications, speakers nominations, etc.). In addition, we have leading responsibilities in the Iberian Cloud. Our team has always been committed to disseminating knowledge and science through active participation in outreach events and initiatives, and we will continue to do so. Esta proposta visa financiar a participação de Portugal nas operações e manutenção da experiência ATLAS do LHC/CERN e as contribuições da equipa portuguesa para a análise de física. O LHC encontra-se atualmente no seu terceiro ciclo de funcionamento (Run 3), realizando colisões protão-protão a uma energia do centro de massa de 13,6 TeV e a uma luminosidade instantânea de 2x1034 cm-2s-1, o que corresponde a cerca de 50 colisões pp por cada cruzamento dos pacotes de protões. Até ao final de 2025, altura em que terminará a Run 3, espera-se que as experiências ATLAS e CMS adquiram cerca de 300 1/fb de colisões pp e 6-7 1/fb de colisões de iões pesados. Garantir a melhor qualidade dos dados para análises de física requer o envolvimento de toda a colaboração ATLAS para operar e manter o detetor, e monitorizar os dados. A equipa portuguesa do LIP é um membro fundador da Colaboração ATLAS e tem contribuído significativamente para a construção, operação, física e atualização da experiência. Durante a duração do ATLASDaTA, continuaremos a contribuir para os desafios futuros nos três sub-detectores em que temos compromissos institucionais: o calorímetro hadrónico TileCal, o sistema de trigger e os detectores ATLAS Roman Pot (ARP). Além disso, o nosso objetivo é explorar os dados adquiridos até agora para estudar as propriedades do bosão de Higgs, procurar nova física para além do Modelo Padrão (SM) e desenvolver algoritmos sofisticados para identificação de jactos b como apoio às nossas análises. Análises de Física Medidas de precisão do Modelo Padrão. O nosso objetivo aqui é sondar os limites de validade do SM nos sectores do Higgs e do quark top. Em particular, pretendemos medir com precisão os acoplamentos do Higgs aos quarks top e b, e o acoplamento aos bosões W, incluindo as propriedades de spin e CP nos vértices de acoplamento. Estes últimos podem ser sensíveis a possíveis violações de CP no sector do Higgs, uma pista importante para extensões do SM que devem ser investigadas. Procura de partículas e interações exóticas. Complementamos as medições precisas das propriedades do Higgs com a procura direta por nova física. Muitas teorias para além do Modelo Padrão (BSM) preveem novas partículas que poderiam estar ao alcance do LHC. Temos conduzido muitas análises neste contexto [8-12]. No entanto, até à data, não foram descobertas novas partículas. Este facto motiva o desenvolvimento e a implementação de novas técnicas de deteção de anomalias baseadas na aprendizagem automática para complementar a atual estratégia de pesquisa de nova física em ATLAS e aumentar o alcance das nossas análises [14-15]. Física de iões pesados (HI). O nosso objetivo a longo prazo é compreender o mecanismo da perda de energia dos jatos no plasma de quarks e gluões (QGP). Contribuímos para a identificação de jactos de quarks b utilizando redes neuronais profundas em colisões pp e Pb+Pb. Durante o ATLASDaTA continuaremos este esforço, evoluindo para a segunda geração de algoritmos de Aprendizagem Neuronal Profunda. Também planeamos desenvolver um novo observável para a perda de energia do jato no QGP, a razão do momento transverso entre jactos de iões pesados e pp no mesmo quantil. Manutenção e funcionamento do detector ATLAS e do sistema de trigger TileCal . A nossa equipa é um membro-chave do calorímetro hadrónico TileCal. Somos responsáveis pelo desenvolvimento, manutenção e atualização contínua do sistema de controlo do detetor (DCS) e lideramos o grupo de preparação de dados do TileCal. Continuaremos o nosso forte empenho no TileCal, liderando e apoiando as atividades do DCS e de preparação de dados e contribuindo para a calibração, operações e controlo de qualidade dos dados. Trigger de jactos. Estamos a liderar o grupo de trigger de jactos, e temos contribuído significativamente para os estudos de desempenho e para o desenvolvimento do trigger desde 2008. Continuaremos empenhados nas suas operações, manutenção e optimização do desempenho. ARP. Continuaremos a ser responsáveis pelo desenvolvimento, manutenção e apoio aos controlos de vácuo e movimento do ATLAS Forward Proton tagging detector (AFP), pela coordenação do grupo DCS do AFP e pelo desenvolvimento e implementação dos triggers de processos difrativos. Software e computação . Contribuímos para o desenvolvimento e apoio às operações globais de computação distribuída em ATLAS, como no software de monitorização e na organização dos turnos, bem como para o desenvolvimento e manutenção do software do gabinete de física, incluindo a base de dados Glance (para gestão de todos os dados dos membros da colaboração, publicações, nomeações de oradores, etc.). Além disso, temos responsabilidades de liderança na Cloud Ibérica. A nossa equipa esteve sempre empenhada em divulgar o conhecimento e a ciência através da participação ativa em eventos e iniciativas de divulgação, e continuará a fazê-lo.

The CFTC – Center for Theoretical and Computational Physics – is a research unit of the Faculty of Sciences of the University of Lisbon, with a broad range of projects in theoretical physics and its applications to other sciences. The international team of the unit includes university and polytechnic academic staff, Ciência 2007 / 2008 associate researchers, post-doctoral fellows, and PhD students. It also provides research training for students in all three higher education cycles. For the period of 2011-2012 our research will be organized into three main directions and carried out by three research groups. A. Particle Physics Group will investigate the phenomenology of the Higgs particle in the Standard Model, as well as within the context of models with more than one Higgs doublet, with an emphasis on the symmetries of such models, their breaking and consequences for experimental observables to be measured at LHC; will study the anomalous interactions of the top quark, with detailed simulations of their possible impact at LHC. B. Non-linear Dynamics and Waves Group will study, analytical and numerical, the nonlinear phenomena in various physical systems, including Bose-Einstein condensates of atoms, molecules and quasi-particles; nonlinear optical systems such as photonic crystals; nonlinear waves in discrete systems; and the emergence and dynamics of patterns in dissipative systems. C. Condensed Matter Physics Group will perform research focused on the concept of order on various length scales in classical and quantum condensed systems, and on the description of the transitions between states with different types of order, using the tools of theoretical physics. The main topics of research will include (i) soft matter, with emphasis on topological defects and surface properties of ordered fluids and the self-assembly of colloidal systems, (ii) Granular materials and dissipative athermal systems, (iii) stochastic systems; (iv) spin glasses and disordered frustrated magnetic systems. O CFTC – Centro de Física Teórica e Computacional – é uma unidade de investigação da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa cujo trabalho cobre várias áreas da física teórica e das aplicações da física a outras ciências. Conta com uma equipa internacional que inclui professores do ensino universitário e politécnico, doutores Ciência 2007 e 2008 e bolseiros pós-doutorados. Dá, ainda, formação a jovens investigadores, entre alunos de doutoramento, de mestrado e de primeiro ciclo. No período 2011-2012, a nossa investigação estará organizada em três linhas principais e será realizada por três grupos. A. O Grupo de Física de Partículas: iremos investigar a fenomenologia da partícula de Higgs no Modelo Padrão bem como no contexto de modelos com mais do que um dubleto de Higgs, com ênfase nas simetrias desses modelos, a sua quebra e as consequências para observáveis experimentais a serem medidos no LHC; iremos também estudar as interacções anómalas do quark top, com simulações detalhadas do seu possível impacto no LHC. B. O Grupo de Dinâmica Não linear e Ondas vai estudar analiticamente e numericamente fenomenos não lineares em diversos sistemas físicos, em particular em condensados atómicos, moleculares, ou de quase-partículas de Bose-Einstein, sistemas ópticos não lineares como cristás ftónicos, em sistemas discretos, bem como a emergência de padrões em sistemas dissipatívos. C. O Grupo de Física da Matéria Condensada realizará investigação centrada no conceito de ordem a várias escalas de comprimento em sistemas clássicos e quânticos, bem como nia descrição das transições entre estados caracterizados por diferentes tipos de ordem, uilizando as métodos da física teórica. Os principais tópicos de investigação serão: (I) matéria mole,com particular ênfase em defeitos topológicos, propriedades superficiais de fluidos ordenados e auto-agregação em colóides; (ii) materiais granul,ares e sistemas dissipativos atérmicos; (iii) sistemas estocásticos; (iv) vidros de spin e sistemas magnéticos frustrados.

Active soft matter (ASM) is a new class of nonequilibrium soft matter characterized by energy collection and conversion at the level of the individual particles. Examples include cells, microswimmers, and active colloids. The simplest class of ASM is modelled, at the particle level, by a system of self-propelled active Brownian particles (ABP) and at a coarse-grained level by the (active) model B for the dynamics of a conserved scalar order parameter. Although the dynamics of scalar ASM resembles that of its passive counterpart, the presence of giant fluctuations lead to surprising collective behaviour, notably phase separation in a system of purely repulsive particles, known as motility induced phase separation (MIPS). Soft matter is bounded by surfaces and/or interfaces, the description of which requires the analysis of non-uniform systems. Even for scalar ASM, surface and interfacial (S&I) properties received little attention. Fundamental questions, such as how the interfacial fluctuations at a MIPS interface depend on the activity or how the roughness of the edge of a growing film depends on its thickness, are still elusive. Many active systems, however, are described by vector (e.g., the original Vicsek model) or tensor (e.g., active nematics) order parameters. In these systems, S&I induced order is largely unexplored, although this may have an impact with applications in a wide range of fields. In particular, it is not known when polar order is induced at the interface of non-polar phases (or bounding surfaces) and how this is affected by the activity and the film thickness. These questions resonate with those in S&I (wetting) phase transitions, which we (and others) have studied for decades in passive systems. In this project, we aim at a fundamental understanding of the physics of S&I phenomena in ASM. More specifically, we will study the bulk and interfacial fluctuations and their interplay in scalar ASM systems. To this end, we will carry out simulations of ABPs on a lattice to describe the structure and distribution of the fluctuations in adsorbed films and at the edge of the films close to the MIPS boundary. For non-scalar ASM the focus is on S&I induced order. We will use coarse-grained models, with appropriate order parameters and dynamics, to investigate whether polar order is induced in adsorbed films at surfaces and at the interface between non-polar phases. We will resort to extensive simulations of ABPs undergoing MIPS and apply rejection-free Kinetic Monte Carlo methods to a lattice model to access the relevant length and time scales. We will implement a quasi-grand canonical ensemble to investigate the adsorption of thick films close to MIPS. For non-scalar ASM systems we will use generalized mean-field Landau-de Gennes theories, to investigate the couplings that lead to S&I induced order. We will use lattice Boltzmann methods to study the currents induced by the activity and the gradients of these order parameters in the films. This project naturally complements and expands research activities on ASM currently running at CFTC, while building on the expertise of the team on S&I of soft matter, hydrodynamics simulations, nonequilibrium physics and parallel simulations. The researchers in the team have a broad range of complementary skills and a track record of previous successful collaborations. The ultimate goal of the project, however, is the understanding of S&I phenomena in ASM and to assess if and the extent to which equilibrium concepts such as surface tension and wettability are applicable in these systems. The interfacial behaviour of ASM systems, raises notoriously difficult questions and its understanding is considered a very high-risk goal. However, far from the bulk (e.g., MIPS) phase boundaries, adsorbed films are finite and may be investigated numerically, using state-of-the-art techniques and concepts. The free interface will be approached by simulating thicker and thicker films, following a path resembling that of the complete wetting scenario of equilibrium systems. Very large and long simulations are still required and non-trivial limiting behaviours are expected. As such an exploratory project that will allow us to assess the feasibility of such an approach seems the most adequate. The results for thin films are valuable on their own and the knowledge generated will significantly contribute to the fast-growing field of ASM helping to establish CFTC as one of the leading groups in this field. More importantly, the results of the project will pave the way for subsequent studies of the interfacial behaviour of ASM, including future proposals for European projects in collaboration with world-leading experts. A matéria mole ativa (ASM) é uma nova classe de matéria mole fora do equilíbrio, caracterizada pela captação e conversão de energia ao nível das partículas individuais. Exemplos incluem células, micro-nadadores e coloides ativos. A classe mais simples de ASM é modelada, no nível das partículas, por um sistema de partículas brownianas ativas com auto-propulsão (ABP) e ao nível de teoria de campo pelo modelo B (ativo) para a dinâmica de um parâmetro de ordem escalar conservado. Embora a dinâmica da ASM escalar se assemelhe à de um sistema passivo, a presença de flutuações gigantes leva a um comportamento coletivo surpreendente, tais como a coexistência de fases num sistema de partículas puramente repulsivas, conhecida como separação de fases induzida por motilidade (MIPS). A matéria mole é delimitada por superfícies e/ou interfaces, cuja descrição requer a análise de sistemas não uniformes. Mesmo para ASM escalar, as propriedades em superfícies e interfaces (S&I) receberam muito pouca atenção. Questões fundamentais tais como a dependência das flutuações interfaciais na atividade na transição MIPS ou a dependência da rugosidade da borda dos filmes em crescimento na espessura, ainda são mal conhecidas. Muitos sistemas ativos, no entanto, são descritos por parâmetros de ordem vetoriais (por exemplo, o modelo de Vicsek) ou tensorial (por exemplo, nemáticos ativos). Nesses sistemas, a ordem induzida por S&I está amplamente inexplorada, embora esta questão tenha potencial impacto numa gama ampla de aplicações. Em particular, não se sabe quando a ordem polar é induzida na interface de fases não polares (ou por superfícies) e como essa ordem é afetada pela atividade ou pela espessura do filme. Estas questões ressoam com questões em transições de fase em S&I (wetting), que nós (e outros) temos vindo a estudar há décadas em sistemas passivos. Neste projeto, pretendemos obter uma compreensão da física de S&I em ASM. Mais especificamente, vamos estudar as flutuações em volume e interfaciais e sua interação em sistemas de ASM escalar. Para tal, realizaremos simulações de ABPs numa rede para obter a estrutura e a distribuição das flutuações nos filmes adsorvidos e nas bordas dos filmes próximo da fronteira de MIPS. Para ASM não escalar, o foco está na ordem induzida por S&I. Usaremos modelos de teoria de campo, com parâmetros de ordem e dinâmica apropriados, para investigar se a ordem polar é induzida em filmes adsorvidos em superfícies e na interface entre fases apolares. Iremos recorrer a simulações em larga escala de um modelo de rede de ABPs perto da fronteira de MIPS usando métodos de Monte Carlo cinético, sem rejeição, para ter acesso às escalas de comprimento e de tempo relevantes. Implementaremos um método quase-grande canônico para investigar a adsorção de filmes espessos próximos de MIPS. Para sistemas de ASM não escalar, usaremos as teorias de campo médio generalizado de Landau-de Gennes, para investigar os acoplamentos que levam à ordem induzida por S&I. Usaremos métodos de rede de Boltzmann para estudar as correntes induzidas pela atividade e pelos gradientes desses parâmetros de ordem nos filmes. Este projeto complementa e expande naturalmente a investigação em ASM atualmente em execução no CFTC, ao mesmo tempo que se baseia na competência da equipa em S&I de matéria mole, simulações de hidrodinâmica, física de não-equilíbrio e simulações paralelas. Os investigadores da equipa têm uma ampla gama de conhecimentos complementares e um histórico de colaborações anteriores muito bem-sucedidas. O objetivo final do projeto, no entanto, é a compreensão dos fenómenos de S&I em ASM e a avaliação até que ponto conceitos de equilíbrio, como a tensão superficial ou wetting, são aplicáveis ​​nesses sistemas. O comportamento interfacial dos sistemas de ASM levanta questões notoriamente difíceis e sua compreensão é considerada uma meta de alto risco. No entanto, longe das transições de fase volúmicas (por exemplo, MIPS), os filmes adsorvidos são finitos e podem ser investigados numericamente, usando técnicas e conceitos de última geração. A interface livre será abordada simulando filmes cada vez mais espessos, seguindo um caminho semelhante ao do cenário de “complete wetting” em sistemas de equilíbrio. Simulações de sistemas extensos e muito longas são necessárias e são esperados comportamentos limites não triviais. Como tal, um projeto exploratório que nos permita avaliar a viabilidade de tal abordagem parece o mais adequado. Os resultados para filmes finos são valiosos por si só e o conhecimento gerado contribuirá significativamente para o campo em rápido crescimento de ASM, ajudando a estabelecer o CFTC como um dos grupos líderes neste campo. Mais importante ainda, os resultados deste projeto abrirão o caminho para estudos subsequentes do comportamento interfacial de ASM, incluindo futuras propostas de projetos europeus em colaboração com líderes mundiais.