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Aspects of quantum gravity in AdS3/CFT2
(2019) Reyes Raffo, Ignacio Andrés; Erdmenger, Johanna; Koch, Benjamin; Bañados, Máximo; Ströhmer, Raimund; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
The quest for finding a unifying theory for both quantum theory and gravity lies at the heart of much of the research in high energy physics. Although recent years have witnessed spectacular experimental confirmation of our expectations from Quantum Field Theory and General Relativity, the question of unification remains as a major open problem. In this context, the perturbative aspects of quantum black holes represent arguably the best of our knowledge of how to proceed in this pursue. In this thesis we investigate certain aspects of quantum gravity in 2 + 1 dimensional anti-de Sitter space (AdS3), and its connection to Conformal field theories in 1 + 1 dimensions (CFT2), via the AdS/CFT correspondence. We study the thermodynamics properties of higher spin black holes. By focusing on the spin-4 case, we show that black holes carrying higher spin charges display a rich phase diagram in the grand canonical ensemble, including phase transitions of the Hawking-Page type, first order inter-black hole transitions, and a second order critical point. We investigate recent proposals on the connection between bulk codimension-1 volumes and computational complexity in the CFT. Using Tensor Networks we provide concrete evidence of why these bulk volumes are related to the number of gates in a quantum circuit, and exhibit their topological properties. We provide a novel formula to compute this complexity directly in terms of entanglement entropies, using techniques from Kinematic space. We then move in a slightly different direction, and study the quantum properties of black holes via de Functional Renormalisation Group prescription coming from Asymptotic safety. We avoid the arbitrary scale setting by restricting to a narrower window in parameter space, where only Newton’s coupling and the cosmological constant are allowed to vary. By one assumption on the properties of Newton’s coupling, we find black hole solutions explicitly. We explore their thermodynamical properties, and discover that very large black holes exhibit very unusual features.The quest for finding a unifying theory for both quantum theory and gravity lies at the heart of much of the research in high energy physics. Although recent years have witnessed spectacular experimental confirmation of our expectations from Quantum Field Theory and General Relativity, the question of unification remains as a major open problem. In this context, the perturbative aspects of quantum black holes represent arguably the best of our knowledge of how to proceed in this pursue. In this thesis we investigate certain aspects of quantum gravity in 2 + 1 dimensional anti-de Sitter space (AdS3), and its connection to Conformal field theories in 1 + 1 dimensions (CFT2), via the AdS/CFT correspondence. We study the thermodynamics properties of higher spin black holes. By focusing on the spin-4 case, we show that black holes carrying higher spin charges display a rich phase diagram in the grand canonical ensemble, including phase transitions of the Hawking-Page type, first order inter-black hole transitions, and a second order critical point. We investigate recent proposals on the connection between bulk codimension-1 volumes and computational complexity in the CFT. Using Tensor Networks we provide concrete evidence of why these bulk volumes are related to the number of gates in a quantum circuit, and exhibit their topological properties. We provide a novel formula to compute this complexity directly in terms of entanglement entropies, using techniques from Kinematic space. We then move in a slightly different direction, and study the quantum properties of black holes via de Functional Renormalisation Group prescription coming from Asymptotic safety. We avoid the arbitrary scale setting by restricting to a narrower window in parameter space, where only Newton’s coupling and the cosmological constant are allowed to vary. By one assumption on the properties of Newton’s coupling, we find black hole solutions explicitly. We explore their thermodynamical properties, and discover that very large black holes exhibit very unusual features.The quest for finding a unifying theory for both quantum theory and gravity lies at the heart of much of the research in high energy physics. Although recent years have witnessed spectacular experimental confirmation of our expectations from Quantum Field Theory and General Relativity, the question of unification remains as a major open problem. In this context, the perturbative aspects of quantum black holes represent arguably the best of our knowledge of how to proceed in this pursue. In this thesis we investigate certain aspects of quantum gravity in 2 + 1 dimensional anti-de Sitter space (AdS3), and its connection to Conformal field theories in 1 + 1 dimensions (CFT2), via the AdS/CFT correspondence. We study the thermodynamics properties of higher spin black holes. By focusing on the spin-4 case, we show that black holes carrying higher spin charges display a rich phase diagram in the grand canonical ensemble, including phase transitions of the Hawking-Page type, first order inter-black hole transitions, and a second order critical point. We investigate recent proposals on the connection between bulk codimension-1 volumes and computational complexity in the CFT. Using Tensor Networks we provide concrete evidence of why these bulk volumes are related to the number of gates in a quantum circuit, and exhibit their topological properties. We provide a novel formula to compute this complexity directly in terms of entanglement entropies, using techniques from Kinematic space. We then move in a slightly different direction, and study the quantum properties of black holes via de Functional Renormalisation Group prescription coming from Asymptotic safety. We avoid the arbitrary scale setting by restricting to a narrower window in parameter space, where only Newton’s coupling and the cosmological constant are allowed to vary. By one assumption on the properties of Newton’s coupling, we find black hole solutions explicitly. We explore their thermodynamical properties, and discover that very large black holes exhibit very unusual features.
Efectos de la escala de Planck en un Modelo Majorón Seesaw Tipo-II modificado
(2023) Mite Calibar, Nelly Stefanía; Muñoz Tavera, Enrique; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
El Modelo Estándar es una de las teorías más exitosas dentro de aquellas que describen los fenómenos físicos, siendo capaz de describir con gran precisión las interacciones entre las partículas fundamentales que conforman la materia. Sin embargo, ha dejado algunas preguntas abiertas, por ejemplo, no ha sido capaz de explicar, en su formulación actual, la masa de neutrinos y la existencia de la materia oscura. A consecuencia de esto, constantemente se estudian diferentes formas de modelos más allá del modelo estándar para intentar dar explicaciones a estos fenómenos. Extensiones al modelo estándar se han llevado a cabo de diversas maneras, dentro de las cuales podemos encontrar los modelos seesaw y de Majorones. En ambos, se intenta proponer una explicación para la generación de masas de neutrinos. En los modelos seesaw se plantea la existencia de partículas mediadoras más pesadas en la generación de masas de neutrinos, mientras que en los modelos de tipo Majorón relacionan el rompimiento del número leptónico (LN) al origen de éstas mismas. En la presente investigación, se estudió un modelo de Majorón en régimen Seesaw Tipo-II modificado a la escala de Planck, donde se han incluido un singlete y triplete escalar en adición al doblete de Higgs del modelo estándar. Nuestra principal motivación radica en que, si los neutrinos son partículas masivas de tipo Majorana, entonces el número leptónico necesariamente se rompe. En este caso, la simetría global del número leptónico se rompe espontáneamente, debido a que los campos escalares adquieren un valor de expectación del vacío no nulo. Esto, además, resulta en la aparición de un bosón de Goldstone sin masa en nuestra teoría, el Majorón, J. En el modelo Majorón-seesaw tipo-II no hay rompimiento explícito de simetrías, ya que el rompimiento se produce de manera espontánea debido a los campos que adquieren un valor de expectación del vacío distinto de cero. Sin embargo, surge la interrogante acerca de si al inducir términos producto de efectos gravitacionales no perturbativos en la teoría, el Majorón podría convertirse en un candidato viable a materia oscura. En el modelo original, el Majorón corresponde a un bosón de Goldstone, lo que implica que es una partícula sin masa. No obstante, en nuestra extensión, la presencia de 13 nuevos operadores de dimensión 5, suprimidos por la escala de Planck, inducidos en el potencial escalar de nuestro modelo, generan correcciones a la masa de J. Las contribuciones provenientes de estos operadores son pequeñas, debido a esta supresión por la escala de Planck. Lo anterior, junto a las restricciones impuestas al espacio de parámetros y los diferentes filtros, nos conduce a que las masas obtenidas para el Majorón se encuentran en el rango keV-MeV. Se realizaron búsquedas en el espacio de parámetros del modelo extendido, donde se encontró que para que el Majorón sea un buen candidato a materia oscura es necesario que sea estable o que posea un tiempo de vida lo suficientemente grande, comparable con la edad del universo. El Majorón, en principio, puede interactuar con los neutrinos a nivel árbol, pero este acoplamiento es pequeño, por lo que el tiempo de vida de Majorones decayendo a neutrinos sería considerable. Por otra parte, también hemos tomado en cuenta el decaimiento a un loop de Majorones a fotones y de Majorones a electrones, al analizar un espacio de parámetros donde se obtuvieron masas suficientes para abrir este canal de decaimiento. De acuerdo a esto, se encontró que el tiempo de desintegración total de Majorones cumple con el requisito de superar la edad actual estimada del universo. Para las distintas búsquedas del espacio de parámetros, se encontró que el rango de masas para el Majorón, compatible con todas las restricciones y filtros impuestos en el modelo, corresponde a 10−9 GeV < m J < 10−2 GeV. Valores que dependen principalmente del vev del singlete, en el rango 10 6 GeV < v1 < 10 10 GeV. Respecto de otros parámetros fundamentales del modelo, hallamos que 10−4 GeV < v3 < 7 GeV y 10−9 < κ < 10−5, quienes cumplen un rol importante en la magnitud de las masas de los campos principalmente tripletes, H±, H±±, A y h2, cuyos valores se encuentran entre 10 2 GeV < m < 10 5 GeV. Para concluir, se estudió la producción de Majorones en el universo temprano mediante el mecanismo de freeze-in, considerando diferentes filtros al espacio de parámetros, mostrando que la abundancia de Majorones encontrada es compatible con la densidad fósil de materia oscura conocida en el universo.
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.
Estudio de materiales de blindaje de radiación ionizante para medicina nuclear
(2018) Novoa Burgos, Harold; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Los rangos energéticos utilizados en medicina nuclear quedan fuera de las recomendaciones internacionales sobre la elección de materiales para blindar las instalaciones que operan con radiación ionizante. Se propone estudiar materiales comúnmente utilizados en construcción hospitalaria como blindajes para los isótopos 18F y 131I con el fin de ampliar las opciones que en la actualidad se utilizan, plomo y concreto común, para blindar las instalaciones de medicina nuclear. Utilizando simulaciones Monte Carlo con el programa EG Snrc se caracterizaron los materiales por su capacidad de blindar la radiación ionizante reflejado en el factor de atenuación para diferentes espesores de una selección de materiales e independientemente en un proceso experimental con alguno de ellos. Se graficaron los factores de atenuación de cada espesor utilizado para obtener un ajuste exponencial de ellos y con la ecuación de la curva ajustada conocer su coeficiente de atenuación lineal. Se encontró que el concreto dopado con bario tiene un bajo factor de transmisión (k),equivalente a ser un buen atenuador. Respecto a los materiales de construcción, los tabiques de yeso cartón no ofrecen un buen factor k, pero sobre ésta estructura pueden ser fijadas otras que son mejores, como acero inoxidable, acrílico e incluso placas safeboard que son comercializadas para blindar radiación ionizante con energías de hasta 140 kVp. Destaca que el yeso de Paris (POP) tiene un factor k comparable con el concreto NBS04, pero el POP es utilizado en odontología a diferencia del yeso de baja densidad que es de construcción.
Outflows from tungsten conical wire arrays. Characterization and applications
(2024) Muñoz-Cordovez, Gonzalo; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
A tungsten conical wire array is used as load in the Llampudken pulsed power generator(∼400 kA in ∼350 ns) to study the outflows produced by it. At pressures of 10 −4 Torrthe dynamics of the wire array is probe by UV/XUV imaging and laser schlieren andinterferometry. These diagnostics show the expulsion of a dense plasma jet (n e = 3 × 10 24m −3 ) of a couple of centimeters in the axial direction above the anode. This plasma jet havevelocities between 10 4 − 10 5 m/s and its dimensionless parameters are computed in orderto compare the experimentally produced plasma jet with the astronomically producedones. At pressures that varies from 10 −5 Torr to 10 −2 Torr the upwards axial emission ofcharged particles is study using negatively biased Faraday cups. At 10 −5 Torr only ionsare detected by the cups but from 10 −4 Torr to 10 −2 Torr the detection of both electronsand ions moving together in the same direction is observed due to the ionization of thebackground gas. Velocity computed for the electrons and ions is in the order of 10 6 m/simplying MeV ions. Finally, the interaction of these outflows with stationary targets isstudy by placing silicon targets at different heights above the conical wire array. Resultsshow that visible damage over the target was observed from 10 cm to 21 cm above thearray where two main damages are appreciated. For targets located closer to the arraymainly micro-pores are observed but for targets located farther from the array stripes-likeformations are appreciated. These damages indicate that the silicon target boiled and wasfastly heated by the conical wire array outflows. Detail measurements of these outflowsand the damages produced on the silicon targets are shown an discussed in this thesis.
Quantum sensing using NV centers in diamond
(2018) González Brouwer, Raúl, Manuel; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
This thesis is focused on understanding the interaction of nitrogen vacancy (NV) defect in diamond with its environment as well as its applications in nanotechnology and biophysics. First, we study the hyperfine interaction due to nearby 13C carbon and 15N nitrogen isotopes in the vicinity of the Level Anti-Crossing (LAC), we propose an experimental method at room temperature free of microwave, in which it is possible to find the sign of the Fermi contact term, using the coupling between nuclear spins 1/2 and electronic spin 1. For this, a three-dimensional coil system was constructed to study the fluorescence close to the LAC. Second we describe an experiment in order to use the NV center as a sensor for chemical reactions, in specific to measure the pH and relate it’s macroscopic measurement with experiments like Ramsey interferometry and change in the spectrum, in order to observe changes on the charge state and T2 . Finally, we show a way to functionalize a nanodiamond hosting a NV defect, and use it as a biomarker for amyloid β, an Alzheimer desease related compound. We show that using this functionalized nanodiamonds might enable the development of longer experiments in biophysics due to the photostability of the NV defect compared to regular biomarkers that are widely used in biology. This works paves the way for performing unltrasensitive and reliable detection of cells involved in the pathogenesis of the Alzheimer desease.

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