62ª Reunião Anual da SBPC
A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada
CRITICALIDADE DO PROCESSO EPIDÊMICO DIFUSIVO COM VOOS DE LÉVY
Marcelo Brito 1, 2
Umberto Laino Fulco 3
1. Instituto Natureza e Cultura, UFAM
2. Departamento de Física Teórica e Experimental, UFRN
3. Prof. Dr. / Orientador - Departamento de Física Teórica e Experimental, UFRN
INTRODUÇÃO:
O postulado de Hamer diz que o desenvolvimento de uma epidemia depende da taxa de contato entre indivíduos suscetíveis e infecciosos. Em 1927, W. O. Kermack e A. G. McKendrick estabeleceram que a introdução de indivíduos infecciosos em uma comunidade não pode levar a um surto epidêmico, a menos que a densidade de indivíduos suscetíveis esteja acima de certo valor crítico, este é conhecido como teorema do limiar. Estas são as bases da epidemiologia matemática moderna, área do conhecimento que reúne a epidemiologia, a biologia, a matemática e a física. A contribuição da física nesta área se deve principalmente aos estudos na mecânica estatística dos fenômenos críticos, mas precisamente os estudos das transições de fase fora do equilíbrio. Pois estes modelos apresentam transições de fase entre uma fase onde a doença não perdura na população e a fase onde a doença persiste na população, consolidando a epidemia. O Processo Epidêmico Difusivo (PED) é um modelo epidêmico alvo de nossos estudos, porque ainda apresenta alguns resultados controversos, e foram estas contradições o combustível para nossas pesquisas. Nosso trabalho tinha como objetivo investigar qual o tipo de transição ocorreria quando a taxa de difusão de sadios fosse maior que a taxa de difusão de infectados.
METODOLOGIA:

O PED está fundado no postulado de Hamer e no teorema do limiar, onde indivíduos saudáveis e infectados sofrem tanto difusões, que os fazem viajar pela rede segundo taxas pré-estabelecidas, quanto reações que podem infectá-los ou curá-los. Como o processo de reação-difusão da epidêmica no PED se dar de forma estocástica, usamos o método de Monte Carlo para simular os processos de difusão dos indivíduos bem como para gerar aleatoriamente processos de contaminação de indivíduos susceptível e de cura de pessoas infectadas. Esse processo de reação-difusão ocorre em uma rede unidimensional, mas o grande diferencial em nosso modelo é que um indivíduo pode dar saltos na rede (voos de Lévy). O limiar para que se tenha o surto epidêmico no PED varia dependendo de como as taxas de difusão, de saudáveis e doentes, estejam combinadas. Podendo ser iguais ou uma maior do que a outra, o que gera três classes distintas de universalidade, numa primeira abordagem modelamos apenas uma destas configurações de taxas. De posse do valor crítico para a densidade total de indivíduos, obtido através da razão entre momentos apresentado por Ronald Dickman, usamos o método de escala de tamanho finito para encontrar valores para os expoentes críticos.

RESULTADOS:

Um primeiro resultado obtido, que atesta a teoria do limiar, é que antes de atingir a densidade populacional crítica o sistema sempre caí no estado absorvente (ausência de indivíduos doentes), mesmo que o número de infectados seja superior aos saudáveis. Ou seja, na condição de densidade populacional abaixo da densidade crítica, a epidemia não persiste em nosso modelo. Adaptando nosso modelo, conseguimos reproduzir os resultados do PED sem os voos de Levy, o que demonstrou uma flexibilidade do modelo.  E o resultado mais importante deste trabalho foi que para o caso específico em que a taxa de difusão de sadios é superior a taxa de difusão de doentes encontramos para a densidade populacional crítica ρc=3,194(7). Com a qual obtemos, usando relações de escala, o expoente crítico associado ao comprimento de correlação 1/ν=0,611(20) e indiretamente o expoente crítico β, associado ao parâmetro de ordem, já que das relações de escala obtemos β/ν=0,405(15).

CONCLUSÃO:

Nossa idéia original foi inserir um grau a mais de liberdade ao PED, permitindo que o indivíduo, mesmo estando numa rede unidimensional, pudesse dar saltos na rede. Esta implementação aproxima ainda mais nosso modelo de uma epidemia real, pois os vetores podem fazer a epidemia migrar ou até os viajantes infectados podem contribuir na disseminação da doença (casos importados). Com esta aproximação do PED a um processo epidêmico real, o resultado foi obter uma densidade crítica com seus respectivos expoentes críticos, o que nos assegura se tratar de uma transição fase de segunda ordem. Considerando que outros modelos de reação-difusão de curto alcance, já apontavam uma transição contínua e que ao incluir os voos de Lévy a este modelo continuamos obtendo transição de segunda ordem, parece impossível obter transições de primeira ordem, o que desabona as previsões analíticas obtidas via grupo de renormalização. Continuamos com as pesquisas usando o PED com interação de longo alcance para as duas outras combinações das taxas de difusão. Assim pretendemos avaliar se os voos de Lévy retira o modelo destas classes de universalidade, até mesmo por que para estas configurações das taxas de difusão, temos em certos casos, valores diferentes para os expoentes críticos.

Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Palavras-chave: Epidemiologia Matemática, Processo Epidêmico Difusivo, Propriedades Críticas.