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Aplicación de Análisis Armónico Para la Estimación de los Autovalores del Laplaciano
Cádiz Carvajal, Rodrigo Esteban; Benguria Donoso, Rafael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En este trabajo se comienzan analizando dominios elípticos Ω para observar cómo se comportan dos conjeturas abiertas relacionando la distancia al origen de la variedad nula N(Ω) y el segundo autovalor del laplaciano de Dirichlet asociado a Ω. En este sentido, se encuentran expresiones analíticas para la variedad nula y para la distancia al origen k(Ω). A partir de lo anterior, se estudia cómo la excentricidad de las elipses influye en las conjeturas, en particular, cuando se consideran excentricidades cercanas a uno, donde se tienen resultados para grandes deformaciones de un disco. Como parte de este análisis, y para determinar los autovalores del laplaciano de Dirichlet, se estudia brevemente las propiedades del operador de Mathieu y su conexión con la ecuación de Schrödinger con potencial V(x)=4x^2, pero se da énfasis al análisis de la ecuación de Mathieu y la ecuación de Hill, donde se investigan las propiedades de las ecuaciones diferenciales periódicas. En esta misma línea, se cuenta con un estudio de las condiciones de borde del problema, y se implementa un programa en Python para determinar numéricamente los autovalores. En consecuencia, se obtiene información numérica que representa evidencia numérica fuerte que respalda la segunda conjetura. Para continuar, se estudia una extensión del estudio de las conjeturas a espacios de curvatura constante distinta de cero, donde destacan la n-esfera S^n, y el espacio hiperbólico H^n. Se encuentra que la compacidad de S^n no permite encontrar la variedad nula, y para esto es necesario estudiar el espacio H^n. En el estudio de H^n, se cuenta con una descripción de dos modelos de trabajo, para hacer énfasis en el modelo de la esfera de Poincaré, especializando para el caso n=3. En este espacio, se trabaja con una bola geodésica, donde se determina la variedad nula y el segundo autovalor de Laplace--Beltrami mediante el método de Shooting, para encontrar que se pierde la intuición acerca de cómo luce la segunda conjetura en este espacio, pudiendo escribirla de una forma modificada. Finalmente, se estudian perturbaciones de una esfera unitaria en R^3, donde se analizan tres casos de forma perturbativa, y se concluye que es necesario contar con un método de análisis alternativo para obtener información.
Axionic quantum criticality of generalized Weyl semimetals
(2025) Malavé, Gabriel; Soto Garrido, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
In this work, we capture the quantum criticality of interacting generalized Weyl semimetals residing at the brink of axionic insulation. We do this by formulating a general field-theoretic description of $d$-dimensional interacting nodal semimetals featuring dispersion that scales with linear and $n$th power of momentum along $d_L$ and $d_M$ directions around a few isolated points in the reciprocal space. A suitable renormalization group scheme is controlled by ``small" parameters $\varepsilon=2-d_M$ and $1/N_f$, where $N_f$ is the number of identical fermion copies. The leading order renormalization group analysis suggests a Gaussian nature of the underlying quantum phase transition, around which the critical exponents assume mean-field values. This outcome agrees with previous results for simple Weyl semimetals ($d_L=3$ and $d_M=0$), and implies that marginal Fermi liquids showcase logarithmic corrections to physical observables at the scales of measurements.
Beyond the standard model with scalars: long-lived particles and dimuon Higgs decay
(2025) Norero Cárdenas, Sebastián; Díaz, Marco A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
This thesis explores two extensions of the Standard Model. The first modifies the Scotogenic Model to explain deviations in Dimuon Higgs decays, while satisfying LFV constraints. The second extends the Georgi-Machacek model by incorporating a type-II seesaw, leading to a long-lived doubly charged scalar. Both models offer collider signatures, with one probing loop-induced Higgs decays and the other emphasizing LLP searches. Future experiments will be crucial in testing these predictions.
Caracterización de cristales no lineales y su uso en la caracterización de pulsos ultracortos
(2022) Hidalgo Rojas, Diego Mauricio; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Los cristales no lineales se usan ampliamente en la óptica no lineal y en la caracterización de pulsos. Estos cristales no lineales suelen ser materiales birrefringentes, ya que su anisotropía óptica da mayor facilidad para obtener altas eficiencias en fenómenos como la conversión de armónicos, por ejemplo, generación del segundo armónico y del tercer armónico. Durante bastante tiempo se han estudiado y utilizado cristales inorgánicos u orgánicos, siendo los primeros los más comunes en el comercio. No obstante, existe un nuevo material que debido a su gran respuesta no lineal teórica es un buen candidato para ser un cristal no lineal ideal, capaz de ser ajustado en su composición para mejorar la eficiencia en ciertas longitudes de ondas, estos cristales son los “metal-organic framewroks” MOFs, los cuales son cristales híbridos que poseen en su estructura iones metálicos unidos con ligandos orgánicos. Los cristales no lineales se han utilizado en varios experimentos, uno de estos es la caracterización de pulsos ultracortos. Esto abrió un área que parecía estancada por la imposibilidad de obtener, desde la electrónica, la información completa de un pulso. Con los cristales no lineales se comienzan a utilizar fenómenos no lineales en diferentes métodos para obtener una señal y reconstruir el pulso en base a ésta, lo que se conoce como problema inverso. En esta tesis se muestran dos investigaciones relacionadas por el uso de cristales no lineales. Primero se estudia un MOF sintetizado en la Universidad de Santiago de Chile llamado Zn(3 − ptz)2. El tamaño de las muestras resultan ser mayores a 1 mm dando la posibilidad de estudiar tanto la birrefringencia como la generación del segundo armónico de manera precisa y sin métodos que utilicen polvos, esto es, estudiando muestra por muestra de manera individual. De esta forma fuimos capaces de caracterizar lineal y no linealmente el cristal, coincidiendo con varios resultados calculados teóricamente. Además, se muestra por primera vez en cinco años de estudios, la generación del tercer armónico en este cristal. La segunda investigación se basa en el uso de un cristal no lineal comercial en la caracterización de pulsos ultracortos con un método no interferométrico y usando un algoritmo directo, dando mayor rapidez en la obtención de los resultados, se reconstruyeron pulsos complejos generados con un “pulse shaper” obteniendo errores menores al 1 %. De esta forma, no solo hemos caracterizado un nuevo cristal no lineal de gran tamaño, si no que además hemos reconstruido pulsos utilizando un cristal no lineal comercial.
Correcciones termoeléctricas en el modelo sigma lineal
(2023) Rojas Díaz, Cristóbal Emilio; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Esta tesis consistió en la realización de cálculos correctivos a la autoenergía en el modelo sigma lineal acoplado con un campo eléctrico constante, para dos bosones en particular, el sigma y el pion neutro. Para dichos cálculos se consideró la corrección eléctrica y posteriormente electrotérmica, por lo que sólo se tomó en cuenta el efecto del loop fermiónico y del tadpole bosónico correspondiente al efecto de los piones cargados del modelo. Estos cálculos se obtuvieron en el régimen de campo débil, por lo que se expandió el propagador en series de potencias en E, correspondiente a la intensidad de campo eléctrico hasta orden E2 . Para temperatura cero se utilizó parámetros de Feynman y el programa de Mathematica para resolver las integrales que quedaron en función de dichos parámetros. Por otro lado en el caso de temperatura finita, se usó el formalismo a tiempo imaginario para obtener una integral en tres dimensiones junto con las sumas de Matsubara correspondientes, que fueron resueltas mediante dos aproximaciones: estableciendo el momento externo igual a cero y luego el límite de alta temperatura para poder calcular las integrales, por lo que el resultado obtenido para el caso termoeléctrico será solo válido para altas temperaturas.
Delving into the phenomenology of very special relativity: from subatomic particles to binary stars
(2024) Santoni, Alessandro; Muñoz Tavera, Enrique; Koch, Benjamin; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En esta tesis, se investigan las implicaciones de las teorías de violación de Lorentz (LV), enfocándose en Very Special Relativity (VSR) y sus consecuencias fenomenológicas. Presentada inicialmente como un mecanismo alternativo para las masas de los neutrinos, VSR se ha convertido en una parte significativa del marco general de la LV, distinguida por su estructura de grupo y la presencia de operadores no locales.Después de una introducción exhaustiva a los principios de la LV y VSR, presentamos sus modificaciones a la ecuación de Dirac. Una parte significativa de la tesis está dedicada al desarrollo de un formalismo Hamiltoniano dentro del contexto de VSR, abordando sus no-localidades. Este enfoque se extiende al límite no relativista, conectándolo al esquema de Schrödinger.Luego establecemos límites superiores en los parámetros de VSR, examinando sus correcciones a una amplia gama de sistemas y escenarios físicos, como los niveles de Landau de partículas cargadas, el factor g de los electrones, el espectro de energía de neutrones ultrafríos en el campo gravitatorio terrestre, y la emisión gravitacional de estrellas binarias. Este último análisis nos llevó a la construcción de una teoría de campo en VSR para partículas de espín-2, que resultó acomodar una masa del gravitón gauge-invariante.Mediante este estudio, conectamos varias predicciones teóricas con datos experimentales, allanando el camino para futuras exploraciones en teorías de LV y evidenciando su potencial para abordar preguntas no resueltas en la física moderna.
Desarrollo de hidrogeles a base de óxido de grafeno y cobre para usos en tratamiento de aguas
(2022) Acuña Porras, Camilo; Díaz, Donovan; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En el presente trabajo se modificó químicamente (grado de oxidación) y morfológicamente (tamaño de lámina) láminas de óxido de grafeno (GO) en solución sintetizado por método de Hummers modificado, además se sintetizó partículas de cobre (PCu) como refuerzo, posteriormente se crecieron hidrogeles con GO (GOH) y PCu (Cu-GOH) por vía hidrotermal. Con los hidrogeles se realizaron pruebas de adsorción de azul de metileno (AM) disuelto en agua, con el fin de determinar correlaciones entre las características químicas, estructurales y morfológicas de los hidrogeles con la capacidad y cinética de adsorción del AM como impureza del agua. La modificación química se realizó variando la cantidad del agente oxidante y el tipo de grafito de partida en la síntesis de GO. Esta modifico el grado oxidación y la distribución de grupos funcionales del GO, estudiado por espectroscopía XPS. Se encontró una reducción de los grupos funcionales oxigenados (OFG) al variar la cantidad de KMnO4, además de un punto de saturación en que el KMnO4 no influía en la química del GO. También se observó el efecto del tipo de grafito en la formación de hidrogeles, cuando se usó grafito amorfo este no se formó en contraposición a el grafito laminado donde se formó el hidrogel. La modificación morfológica consistió en un pretratamiento de sonicación a distintos intervalos de tiempo 30min, 60min, 90min, 120min, 180min y 240min en la síntesis de GO (in-situ). Y postratamiento de sonicación a distintas potencias comprendidas entre 50 y 200 W, y a tiempos de exposición de 5 y 10 minutos del GO sintetizado en solución (Post síntesis). El grado de oxidación y OFG se analizaron por los espectros de alta resolución (C1s y O1s) XPS, determinando que la sonicación del GO no presenta modificaciones significativas en la distribución de OFG y una consistencia en su grado de oxidación (relación C:O). Adicionalmente, el tamaño de lámina promedio se obtuvo por procesamiento de imágenes AFM, Para la solución de GO base encontró un valor entre 25040 - 33516 nm2 ; Para pretratamiento in-situ 57120 - 37220 nm2 ; Y post síntesis 5410 - 13620nm2 . Se observó que el tiempo de sonicación afecta el tamaño de lámina para el tratamiento in-situ como para el post síntesis. Los hidrogeles crecidos vía hidrotermal mostraron una estructura porosa (entrecruzamiento de láminas de GO) en la superficie por imágenes SEM. Químicamente se observó por los espectros de alta resolución C1s y O1s de XPS un proceso de reducción de los OFG por la síntesis hidrotermal. También la incorporación PCu afecto la morfología (interacción de láminas de GO con CuP), estructura (cambios de fases cristalinas de PCu) y química (Oxidación de PCu y reducción del GO) del hidrogel. Las pruebas de adsorción de AM se hicieron con dos concentraciones iniciales una de 1.2 mg⁄L para los hidrogeles modificados y con PCu Y de 100 mg⁄Lpara hidrogeles con la solución GO base (sin modificación morfológica y química), y condiciones de agitación y temperatura. El hidrogel con GO base y con PCu adsorben el AM eficientemente comparado a los modificados. Los hidrogeles bajo condiciones de temperatura y agitación tienen una capacidad de adsorción entre 21.99—38.45 mg⁄g. Estos hidrogeles, se analizó la cinética de adsorción mediante dos modelos, Pseudo-First Order (PFO) y Pseudo-Second Order (PSO), inicialmente la adsorción mostro que la remoción del tinte se produce por fisisorción dado los valores termodinámicos (entalpia, energía libre de Gibbs y entropía).
Dinámica de espín electrónico y nuclear en diamante
(2021) Duarte Portilla, Héctor; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Durante los últimos años los centros de color o defectos ópticos en sólidos han emergido como potenciales candidatos para aplicaciones en metrología cuántica y transmisión y procesamiento de información cuántica. El modelamiento de las propiedades ópticas y de otros grados de libertad asociados a estos defectos es crucial para la implementación exitosa de estas aplicaciones o tecnologías. Muchas de estas propiedades como, por ejemplo, la coherencia de espines tanto electrónicos como nucleares, asociados a los defectos, son afectadas en gran medida por su interacción con el medio ambiente. Recientemente se ha encontrado experimentalmente que los espines nucleares aledaños pueden ser polarizados utilizando la dinámica del espín electrónico central del centro NV. La descripción y entendimiento de este fenómeno es crucial tanto para mitigar la decoherencia causados por el medio ambiente o baño de espines nucleares, como para el desarrollo de memorias nucleares y procesamiento de información ocupando espines nucleares. En esta tesis, en primer lugar, se realiza un estudio sobre evoluciones coherentes y se presenta un nuevo término no adiabático que permite entender fases acumuladas en evoluciones no adiabáticas. Logrando resolver de manera exacta la evolución no adiabática de un espín electrónico en presencia de un campo magnético oscilante. Luego se propone como utilizar las secuencias de Ramsey y Espín-ECHO sobre el centro NV para encontrar interferencia producto de una fase geométrica. Además, describimos la polarización de espines nucleares en el medio ambiente del centro de color NV bajo bombeo óptico de un espín central y radiaciónde microonda resonante con un espín electrónico central asociado a los centros de color NV. Se utiliza el formalismo matemático basado en la ecuación maestra para describir la dinámica del espín electrónico central en presencia de un baño radiativo fotónico y la acción de un bombeo óptico mediante un láser. Con ello se caracteriza la dinámica de polarización de espines nucleares acoplados coherentemente mediante interacción hiperfina con el espín electrónico central para varias condiciones de campo magnético externo (magnitud y orientación). Y se introduce la técnica de marco rotante y aproximación de marco rotante para caracterizar el rol de la radiación de microonda resonante con el espín electrónico central. Logramos ejemplificar cómo los acoplamientos por componente de interacción hiperfina posibilitan la polarización de espines nucleares, y como afecta o contribuye a este objetivo la magnitud de las componentes anisotrópicas de esta interacción. Se muestra además, para cuatro modelos de tasas de transición, como la tasas de cruce internos del sistema y las transiciones que no preservanespín reducen la polarización electrónica, lo que a su vez reduce la polarización nuclear. Por un lado, los resultados de esta tesis permitirán modelar evoluciones no adiabáticas, y por otro lado, muestran un camino para lograr validar el modelo de tasas de transición que mejor se ajuste al centro NV y polarizar un gran número de espines nucleares y a su vez habilitar aplicaciones en metrología como magnetometría con un bajo ruido magnético y por ende aumentando su sensibilidad.
Efecto de un plasma de radiofrecuencia dual sobre la dinámica y composición en la deposición por láser pulsado
(2021) Escalona Álvarez, Miguel Benito; Bhuyan, Heman; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos al combinar un sistema convencional de deposición por láser pulsado con un plasma de radiofrecuencia (RF) dual. El sistema fue utilizado para estudiar los efectos del plasma RF sobre la dinámica y composición del plasma producido por láser. Además, el sistema se utilizó para depositar películas delgadas de nitruro de titanio (TiN) y estudiar la factibilidad de obtener un control sobre el nitrógeno incorporado en el material. Mediante el análisis del plasma se evidencia que el sistema dual mejora la reactividad del plasma de nitrógeno, así como su temperatura y tasa de ionización. La temperatura y densidad alcanzadas estuvieron en un rango de 0.8 – 2.0 eV y 10^17 – 10^18 cm-3, respectivamente. Por otro lado, mediante la caracterización del TiN se observó mejoras significativas en la tasa de deposición y en la incorporación de nitrógeno en la película. Además, se observó cambios en su rugosidad y orientación cristalina, los cuales están asociados a la energía y el flujo de los iones que impactan en la superficie del sustrato. Los resultados obtenidos sugieren que la técnica desarrollada tiene un gran potencial para depositar materiales compuestos manteniendo un control en su composición y en sus propiedades.
Electric fluctuations in a self interacting scalar theory
(2025) Villarreal, Melanie M.; Muñoz Tavera, Enrique; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
The aim of this project is to study the effects of a weak, noisy electric field in a complex scalar field theory, in the context of relativistic heavy-ion collisions experiments. The Schwinger scalar propagator is modified by stochastic fluctuations of the electric field, modeled as white noise. The perturbative expansion of the model is addressed by the means of the replica trick, finding the self energy and the vertex correction at one loop in order to study the renormalization group equations of the theory.
Espacio overspinning y singularidades en espacios BTZ
(2023) Briceño Catalán, Matías Sebastián Camilo; Bañados, Máximo; Martínez, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En esta tesis se estudia el espacio Overspinning, solución a las ecuaciones de Einstein con constante cosmológica negativa (-1/ L^2) en 2+1 dimensiones tal que su momentum angular J sea mayor en módulo a su masa M, esto es, |J |> L |M| . Este espacio-tiempo comparte métrica con el agujero negro BTZ, pero al estar en otro rango de valores de (M,J) no posee horizonte de eventos, dando lugar a una singularidad desnuda. Se encontra su embedding sobre la pseudo esfera definida en R(2,2) al identificar puntos en la superficie. Se integran las ecuaciones de movimiento para sus geodésicas concluyendo que este espacio es geodésicamente incompleto. Con la estructura geodésica se muestra que este espacio es una solución razonable a las ecuaciones de Einstein, con una singularidad quasiregular. Además se estudia la singularidad presente en todos los espacios tipo BTZ a partir de las holonomías que la encierran. Se calculan sus holonomías sobre el espacio tangente ocupando una conexión de SO(2, 1) y luego las holonomías en la teoría de Chern-Simons equivalente ocupando una conexión de SO(2,2). Adicionalmente, se justifica la presencia de una fuente tipo delta de Dirac a partir de la existencia de holonomías no triviales en loops infinitesimales, dando una relación explícita entre estas. Por último, se exponen ideas no exploradas en este trabajo, que serán útiles para futuros trabajos.
Estimación de dosis a órganos periféricos en IGRT de próstata: dosimetría termoluminiscente en maniquí antropomórfico
(2022) Hernández Sánchez, Jessica; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
La radioterapia (RT) tiene por objeto la entrega de la dosis prescrita al volumen tumor minimizando la dosis fuera de éste. Usualmente, durante la planificación del tratamiento, sólo se considera la dosis en órganos/estructuras muy cercanas al borde del campo de tratamiento con el objeto de minimizar efectos determinísticos. Sin embargo, no se considera el riesgo estocástico de inducción de un segundo cáncer, que podría generarse en cualquier parte del cuerpo, como consecuencia de la fuga y/o transmisión del haz de radiación en el cabezal del acelerador y/o dispersión en este último o en interior del paciente. La estimación de las dosis fuera del campo de tratamiento (especialmente en zonas muy alejadas de éste) es compleja y desconocemos la existencia de trabajos que hagan una estimación incluyendo la dosis de todo el proceso asociado a la RT que incluya radiaciones ionizantes. El objetivo de esta tesis fue estimar la dosis total a órganos fuera del campo de tratamiento por un cáncer de próstata mediante radioterapia (RT) guiada por imágenes (IGRT). Se consideraron todas las etapas de éste: a) tomografía computarizada (CT) para la planificación del tratamiento, b) verificación diaria del posicionamiento del paciente en el acelerador, previo al tratamiento, mediante un haz cónico de kilovoltaje (kvCBCT o CBCT) y c) la RT mediante una técnica de arcoterapia con modulación de intensidad (VMAT). La estimación de la dosis se realizó sobre un maniquí antropomórfico (ATOM 701-D) con alojamiento para 271 dosímetros termoluminiscentes (TLD) lo que permite el cálculo de la dosis depositada en 22 órganos radiosensibles. Tras cada exposición, los TLD-100 (con factores de sensibilidad individualizados) son retirados, leídos y su lectura transformada a dosis. El maniquí fue escaneado en un Siemens Biograph64 con el protocolo correspondiente a la planificación de un tratamiento de próstata. Adicionalmente se le aplicó el protocolo para adquisición de imagen con CBCT de una RT de próstata utilizando el acelerador lineal Elekta y finalmente la sesión de VMAT (75,6 Gy a isocentro en 42 sesiones). Estas dos últimas sólo se realizaron una vez pero para la estimación de la dosis total se tuvo en cuenta el número total de sesiones. La dependencia de la respuesta de los TLDs con la energía fue considerada en cada momento a través del modelo de respuesta de TLD-100 de Duggan et al.,2004, la variación del HVL en los ejes craneocaudal y anteroposterior en el haz de CBCT de kV y dos puntos de calibración (a 6MV de energía nominal en un linac y a una de 120 kV –HVL=6.141 mm Al). A partir de la dosis a órgano se estimó la dosis efectiva asociada al CT, a las 42 imágenes de CBCT y sesiones de RT. La dosis efectiva asociada a una examinación de CT de pelvis fue de 3.84 mSv, la dosis efectiva para las 42 adquisiciones de CBCT fue de 248.8 mSv y la dosis efectiva para un tratamiento de cáncer de próstata después de las 42 irradiaciones fue de 3.51E3 mSv. El riesgo de generación de un segundo cáncer asociado a todo el proceso considerado fue de un 1,4% en concordancia con estudios epidemiológicos.
Estudio de dosis y calidad de imagen en protocolos clínicos de tomografía computarizada
(2023) Muñoz Hernández, Isidora Sofia; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Objetivo: Cuantificar dosis a órgano y calidad de imagen en tres protocolos de adquisición de imágenes por CT usados en la clínica, para analizar la relación entre ambas magnitudes con vistas a una posible optimización de protocolos clínicos. Metodología: Con TLD-100, previamente calibrados y colocados en el maniquí antropomórfico ATOM se midió la dosis a órgano y se calculó la dosis efectiva en los protocolos de tórax-abdomen-pelvis, abdomen-pelvis y cerebro-cervical, considerando 3 variantes de dosis para cada protocolo, en el tomógrafo SIEMENS SOMATOM Definition AS de la Clínica Alemana de Santiago. Dichas dosis a órgano, fueron posteriormente comparadas con las reportados por el software comercial de cálculo de dosis QAELUM-DOSE. La calidad de imagen se evaluó mediante el valor promedio de número de CT (HU), ruido, SNR y CNR en 48 ROIs definidos entre las imágenes de los 3 protocolos estudiados y distribuidos entre los tejidos equivalentes que conforman al maniquí antropomórfico (tejido blando, hueso, pulmón, cerebro, cartílago, disco intervertebral, medula espinal y senos paranasales). Finalmente, se analizó la relación entre la calidad de imagen y la dosis en función del ruido, y mediante una función de mérito en función del SNR y la dosis a órgano. Resultados: Se generó un modelo de respuesta en energía de los TLD-100 para el rango de energías en la penumbra de los haces de CT relativas a 6MV. Mediante la separación de la carga generada en cada TLD correspondiente a cada una de las 3 adquisiciones que componen cada protocolo (topograma, sin contraste, con contraste), se estimó la dosis a órgano y se calculó la dosis efectiva para cada protocolo y variante de dosis. Se obtuvo una sobredosis a tiroide de las dosis medidas con TLDs, y una subestimación a tiroide en las reportadas por QAELUM, en los protocolos tórax-abdomen-pelvis y cerebro-cervical. En las variantes de baja de dosis de los protocolos, el topograma contribuye con un 17.76±5.80% a la dosis efectiva. Con respecto a la calidad de imagen, el ruido disminuye con el aumento de dosis, y los SNR y CNR aumentan con el aumento de dosis, para todos los ROIs independiente del tejido. La función de mérito muestra que únicamente para el tejido blando la relación calidad de imagen–dosis aumenta con el aumento de dosis. Conclusiones: Se calculo dosis a órgano y dosis efectiva para 3 protocolos de CT, y 3 variantes de dosis, de interés para la Clínica Alemana, las que se compararon con el software QAELUM. Se cuantifico la calidad de imagen de las imágenes de cada protocolo y variante, y se analizó en función de la dosis. Sería posible optimizar los protocolos analizados de tórax-abdomen-pelvis y cerebro-cervical para minimizar la dosis a tiroide, así como considerar otras opciones de topograma para protocolos de baja dosis. El software QAELUM sobreestimó la dosis en más del 1000% con respecto a las medidas en el cerebro y en general infraestimó la dosis para las variantes de alta y baja energía del protocolo 1 a tiroides y esófago en un 80% aproximadamente.
Optical characterization of single molecules for quantum technologies
(2025) Vera Castillo, Nicolás; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
In this thesis, the optical properties of Vanadium Oxide Phthalocyanine (VOPc) molecules were studied using a home-built confocal microscope setup. Single VOPc molecules were successfully isolated and identified by their distinct diffraction-limited spots. Two sample preparation techniques were compared: spin coating and ion exchange. Spin coating produced less density of spots, while ion exchange resulted in more photostable spots.The emission spectra of the isolated spots were consistent with the known spectrum of VOPc, showing two peaks around 855 nm and 877 nm. The polarization response of the molecules indicated that they are randomly oriented in the sample. The lifetime of VOPc molecules was measured using time-correlated single photon counting (TCSPC), revealing an unexpected oscillatory behavior at high excitation powers, which disappeared at lower powers. This behavior suggests that the oscillation might be due to the laser's stability or noise. The lifetimes measured in an ensemble of VOPc were τ1 = 0.038 ns and τ2 = 0.221 ns for a power of 3.5 μW, and τ1 = 0.034 ns and τ2 = 0.084 ns. This power dependence on the excitation power is not the expected behavior as the lifetime should be a fixed characteristic of the molecule. Overall, the study provided valuable insights into the optical properties and isolation of VOPc molecules. Future work could focus on measuring the saturation curve of the fluorescence, confirming the presence of single molecules using second-order autocorrelation, and investigating the interaction of VOPc molecules with magnetic fields for potential applications in quantum technologies.
Perfect Conductor and Mu-Metal Enhancement of Electromagnetic Fields Near Topological Insulators
(2024) Dvorquez Gomberoff, Eitan; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
This thesis focuses on the transmission and reflection coefficients of light in systems involving topological insulators (TI). Due to the electromagnetic coupling in TIs, new mixing coefficients emerge, leading to new components of the electromagnetic fields of propagating waves. We have discovered a simple heterostructure that provides a 100-fold enhancement of the mixing coefficients for TI materials. Such effect depends on the TI's wave impedance and the selected material for the sublayer. We also predict a transverse deviation of the Poynting vector due to these mixed coefficients contributing to the radiative electromagnetic field of an electric dipole. Given an optimal configuration of the dipole-TI system, this deviation could amount to 0.28% of the Poynting vector due to emission near non-topological materials, making this effect detectable.
Plasmas anulares generados por láser en campos magnéticos intensos pulsados
(2023) Oportus Ciudad, Diego; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En esta tesis se presentan resultados experimentales de plasmas anulares producidos por láser bajo campos magnéticos intensos pulsados, con la principal motivación de medir por primera vez su velocidad angular vθ, además de caracterizar el sistema mediante sus valores de densidad ne y temperatura electrónica Te. Para lograr un plasma con esta geometría, un láser Nd:YAG 6 ns FWHM, 1 J, 532 nm, se hizo pasar a través de un prisma axícon y luego se enfocó en un blanco de Aluminio, con una intensidad de ∼ 2×109 W/cm2. Un campo magnético de ∼ 4.8 T en el centro del anillo, y perpendicular al target, es producido haciendo operar el generador de potencia pulsada Llampüdken (∼ 400 kA en ∼ 350 ns de subida) sobre un plano conductor de bronce. Se realizaron mediciones de Doppler shift para calcular vθ mientras que valores de ne y Te se obtuvieron utilizando técnicas de análisis espectroscópico mediante ensanchamiento Stark y Boltzmann Plot, respectivamente. Para ello se utilizó un espectrómetro Price-ton Instruments HRS-500 (150 g/mm y 2400 g/mm) logrando obtener mediciones en la dirección radial. Adicionalmente, se obtuvieron imágenes en el visible mediante un Gated Optical Imager (GOI). Perfiles de posición versus tiempo no muestran una variación significativa en el desplazamiento axial del plasma anular en ausencia o presencia de campo magnético, permitiendo estimar la velocidad de propagación en ∼ 15 km/s. Sin embargo, en la dirección radial se reporta una diferencia en la velocidad de expansión durante los primeros ∼ 30 ns de formación cuando se aplica un campo magnético externo. Espectros resueltos temporalmente a 1 mm del target muestran un aumento dos veces mayor en niveles de densidad y un incremento en la temperatura electrónica del ∼ 6 % durante los primeros ∼ 10 ns de formación cuando opera el generador. Mientras que mediciones realizadas a 3 mm evidencian resultados similares, pero durante un intervalo de expansión entre 40 − 80 ns. Se concluye que estos resultados se pueden deber a efectos de confinamiento debido a valores de β ∼ 10−4 − 10−1 y calentamiento v´ıa J × B. Todos los parámetros se encuentran entre ne ∼ (1015 − 1017) cm−3 y Te ∼ (1.0 − 1.6) eV. Valores de Doppler shift obtenidos mediante un análisis de espectros resueltos espacialmente no permiten obtener resultados concluyentes de vθ dado que las mediciones están por debajo de la resolución espectral de 0.5 ˚A.
Predicción semiautomatizada de respuesta a quimioterapia neoadyuvante en pacientes con cáncer de mama: protocolo de segmentación y modelo radiómico-clínico con imágenes de resonancia magnética
(2023) Ramírez Bunster, María Belén; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Anticipar el resultado de la respuesta tumoral a quimioterapia neoadyuvante podría implicar cambios en la planificación del tratamiento para conducir a mejores resultados clínicos y cambios en la calidad de vida del paciente.En este trabajo se desarrolló un código computacional en lenguaje Python para construir modelos de predicción de la respuesta patológica del tumor (pCR / no-pCR) en base a información clínica y radiómica extraída de imágenes MRI de 59 pacientes con cáncer de mama sometidas a NACT. Específicamente, se utilizaron las secuencias de imágenes T1w y DCE, elaborando un protocolo de segmentación semiautomatizado del tumor y del parénquima de la mama lesionada para el posterior análisis y selección de atributos (features).Se construyeron modelos uni- y multi-variados basados en Machine Learning utilizando distintos algoritmos supervisados de clasificación y, mediante la técnica de validación cruzada k-fold estratificada con repetición con k=3 y n=500 repeticiones, se evaluaron las métricas AUC y Accuracy para analizar el rendimiento de éstos como predictores de pCR del tumor a la terapia neoadyuvante en la cohorte de pacientes con cáncer de mama.
Predicciones de supervivencia celular a través de machine learning
(2025) Valenzuela Paredes, María Pía; Russomando, Andrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
La radioterapia con protones e iones pesados es un tratamiento eficaz contra el cáncer, por esto comprender su impacto a nivel biológico es esencial para optimizar su efectividad. Predecir los efectos biológicos de la radiación, que dependen de las condiciones de irradiación y la complejidad del daño al ADN, sigue siendo un desafío importante, especialmente en distribuciones de dosis como las usadas con partículas pesadas.En este trabajo se desarrollaron modelos de aprendizaje automático para hacer predicciones de supervivencia celular in-vitro. El trabajo principal fue enfocado en modelos para predicciones con partículas pesadas, también se entrenaron modelos similares para experimentos con fotones. A la vez, se combinaron simulaciones Monte Carlo con los modelos para hacer predicciones de supervivencia en profundidad, a partir de una distribución de dosis simulada de protones.Los modelos fueron entrenados usando una base de datos que recopila experimentos in-vitro de la literatura, en particular se usaron datos de 923 experimentos que abarcan 130 líneas celulares y 26 iones distintos. Se usó un número limitado de variables, que considera el tipo de célula y parámetros físicos como la dosis, energía y tipo de ion.Los modelos entrenados alcanzaron un coeficiente de determinación superior a 0.8 en el conjunto de prueba y en el conjunto de validación externa. Asimismo, al combinar los modelos con simulaciones Monte Carlo, fue posible replicar la disminución en la supervivencia celular en una configuración compleja.Este trabajo demuestra que es factible combinar modelos de aprendizaje automático con Monte Carlo, y dada la pequeña cantidad de variables utilizadas, es fácil de implementar en entornos experimentales, proporcionando una alternativa a otros modelos existentes.
Reacondicionamiento del generador GEPOPU y experimentos de colisiones de flujos de plasmas contra objetos sólidos
(2024) Díaz Pacheco, Juan Pablo José; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En esta tesis se presenta el reacondicionamiento del generador GEPOPU de la Pontificia Universidad Católica de Chile de modo de utilizarlo para experimentos de ísica del plasma y se presentan resultados de colisiones de flujos de plasma contra objetos sólidos.Se confeccionó un banco de condensadores Marx con valores de inductancia y capacitancia de LMarx = 2.57±0.02 μH y CMarx = 3.66±0.02 nF respectivamente, acoplado a una línea de transmisión de modo de comprimir el pulso. Se montaron diagnósticos eléctricos de modo de medir el voltaje y la corriente generado por el pulso, con los cuales se obtuvo un pulso en cortocircuito de Imax = 163 ± 5 kA y tiempo de subida de 122 ± 4 ns con una tasa de corriente dI/dt = 1.34 ± 0.06 · 10^12 A/s.Utilizando este generador y a modo de estudiar fenómenos de choques en un contexto de objetos astrofísicos, se montó un arreglo de alambres inverso, lo que produjo un flujo de plasma el cual se hizo colisionar con un objetivo plano de mica y se logró generar un choque supersónico tipo bowshock. En este nuevo montaje se logró producir un pulso de corriente máxima de Imax = 192±4 kA en 102±2 ns con una tasa dI/dt = 1.88±0.05 · 10^12 A/s. De forma de medir la densidad electrónica del choque se montó un diagnóstico óptico refractivo de interferometría mediante un láser (Nd:YAG 4 ns, 532 nm) el cual incidió en el arreglo. Resultados de los mapas de densidad de los choques nos permitieron medir el número de Mach M para la velocidad del flujo del plasma y el ´índice adiabático γ, el cual nos da indicios del proceso de enfriamiento del choque el cual puede ser adiabático con γ = 5/3 o radiativo con γ < 5/3, obteniendo valores de M = 1.7 − 1.9 y γ = 1.3 − 1.9 para disparos en un tiempo de ∼ 200ns después de la subida de corriente.Por otro lado, resultados utilizando dos objetivos de mica generaron dos choques simultáneamente, lo que permitió estudiar la zona de interacción entre ambos. Se logró calcular el ´angulo crítico ϕcrit de interacción indicador de la generación de un Mach stem, y comparándolo con mediciones directas del ´angulo de incidencia entre los choques, se obtuvo que los ´angulos de incidencia fueron mayores a los ´angulos críticos calculados, indicando la producción de un Mach stem. La mayor fuente de error se asocia a la medición del ´ángulo del cono de Mach, el cual tuvo una dispersión bastante significativa (∼ 35±8◦). A futuro se pretende acoplar un prepulso a GEPOPU de manera de generar una columna de plasma por la cual circulará el pulso principal, acelerando más fácilmente el flujo. Futuros diagnósticos incluyen medición de velocidad y temperatura del plasma de manera de determinar la colisionalidad del choque, el cual es un parámetro relevante si se quiere comparar con fenómenos astrofísicos.
Sensor de temperatura basado en Espectroscopía Raman del Agua
(2023) Camposano Moore, María Paz; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
La relación entre la temperatura y salud del cuerpo humano es estrecha y por eso tener conocimiento de esta es importante. Aun así, existen situaciones en las que no es posible realizar ese monitoreo dado el contexto en que se encuentra el paciente. Uno de estos contextos complejos es el de resonancia magnética, donde los métodos convencionales no sirven dado los altos campos magnéticos o la distancia que existe con el paciente. Con el fin de desarrollar un sensor de temperatura de monitoreo continuo de uso clínico para contextos complejos, se estudió el comportamiento del espectro Raman de una muestra de agua a distintas temperaturas, realizando mediciones a temperaturas constantes y temperatura variable. Los espectros obtenidos constan de la superposición de dos curvas gaussianas de las cuales se obtuvieron parámetros a estudio: diferencia relativa entre los máximos, máximo, ancho y punto de máxima intensidad de cada una de las curvas. De estos parámetros, los de máximo interés fueron la diferencia relativa entre los máximos (d), máximo (I), ancho(A) y punto de máxima intensidad (ω) de cada una de las curvas. De estos parámetros, los de máximo interés fueron la diferencia de los máximos, el máximo y ancho de la primera curva, obteniendo: d = −0,0060 ± 0,0008 1/°C, I1 = −12,66 ± 0,9 1/°C, A1 = −0,35 ± 0,03 cm−1/°C para la modalidad continua y d = −0,0054 ± 0,0005 1/°C, I1= − 9,79 ± 0,02 1/°C, A1 = −0,38 ± 0,04 cm−1/°C para la modalidad variable. También se realizó un estudio de la sensitividad obteniendo un valor de ηT = 0,51 °C/√Hz y valor ηT = 0,5 °C/√Hz para cada una de las modalidades. Por tanto, para el sensor de temperatura el mejor candidato es la deferencia relativa de intensidades más un ajuste que se pueda realizar con el ancho del espectro.

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