3.10 Tesis magíster

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A study of the vascular effect of photodynamic therapy with oxygen variation on chorioallantoic membrane model
(2022) Aizpuru Vargas, Luis Lauro; Buzzá, Hilde Harb; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Chicken chorioallantoic membrane (CAM) assays have been proven to be very effective models to study the impact of chemical and biological agents on its vascular network. The study of pharmaceutical drugs, xenografts and photosensitizers on these assays are current areas of research. In particular, the use of photodynamic therapy (PDT) has been shown to induce a significant decrease in both the diameter and number of blood vessel ramifications of the CAM. Given that molecular oxygen is so important for the effectiveness of this therapy, it opens the possibility of testing bio-compatible photosynthetic microalgae capable of locally producing oxygen. Even though there is ample evidence of the use of bio-compatible microalgae in scaffolds for wound recovery, there is little to no research done on the combination of microalgae and PDT in CAM essays. In this thesis work, we present a study that explores how microalgae, PDT and the combination of these two change the vascularization of the CAM. Throughout this experiment, the photosensitizer that was used was methylene blue whilst the microalgae that was used was Chlamydomonas reinhardtii. In order to perform the quantitative measurements, an image analysis software allowed us to count the number of bifurcation points. Firstly, four groups were defined to study how the PDT at different days of embryonic development (EDD) might change blood vessel ramifications. These groups were defined as control, only light, only methylene blue and the PDT groups. It was found that after 24 hours, for EDD8, the ramifications for the PDT case dropped by 40% whilst for EDD10 they dropped by 60% with light at 630 nm with 30 mW/cm2 for 5 minutes. Second, it was explored how illuminated microalgae might possibly increase the vascular networks with the same light parameters. It was found that after 24 hours for EDD8 the network grew by 30% and for EDD10 it grew by 20%. Moreover, the combination of a photosensitizer and microalgae was studied to analyze if it might change the effectiveness of the PDT. It was found after 24 hours that for all the explored permutations for both EDD8 and EDD10 all the eggs were dead, showcasing the effect of an oxygen-enriched PDT. Given that the effect was way to strong, the methylene blue solution was diluted by a factor of x10 (0.03 mg of MB/mL) to see if this resulted in a measurable effect on the eggs for the combination case. Indeed, it was found that the decrease from the baseline ramification levels was 30% for the PDT and 60% for the oxygen enhanced PDT. The novel element of this work was that it was one of the first to explore the possibility of creating an oxygen-rich PDT in a CAM assay. This showed that it is possible to combine microalgae and a photosensitizer in a way that enhances the effectiveness of the PDT. This might translate into the possibility of employing this technique in an in-vivo trail with mice or other mammals to guarantee its safety. In conclusion, we found that illuminated photosynthetic microalgae raises the effectiveness of PDT in the vascular network of CAM assays.
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.
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.
Cosmic ray tests for the QS1 module of the new small wheel in the ATLAS experiment -and- prospects on the search for heavy vector triplet bosons in the leptonic decay channels with the ATLAS experiment at the HL-LHC
(2018) Rivera Vergara, Juan Cristóbal; Ochoa-Ricoux, Juan Pedro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
The ATLAS detector at the LHC, CERN, will be upgraded after the current data taking period (Run 2). The ATLAS detector has to under go a series of upgrades in order to fulfill the needed performance at improved LHC conditions. The LHC will stop for the second time between 2019-2020, period of time during which the ATLAS detector is going to upgrade its muon subdetector. This upgrade is the New Small Wheel (NSW), which will replace part of it send cap muon spectrometer. The NSW will be comprised of two detection systems, the Micro Megas and the small-strip Thin Gap Chambers (sTGC), the latest is being constructed in Chile by a joint collaboration between PUC and UTFSM. After the construction, the chambers are tested before being shipped to CERN. The muon detection efficiency is calculated using cosmic muons. A trigger system is used as part of the setup, which checks for coincidences between plastic scintillator arrays placed on top and below the detectors in order to distinguish muons from background signals. A DAQ system is used to callibrate the electronics and measure muon hits. The whole system has been set up and has already been used to test one module that was successfully sent to CERN and integrated into the first wedge. Prospects were made for searches for new heavy SSM Z and W bosons at the last stage of the LHC (2024-2032), called High Luminosity LHC (HL-LHC), which is expected to run at √s = 14 TeV and collect 3000 fb−1 of data. These studies are based on MC simulations, and are used as benchmark for other models. The response of the upgraded ATLAS detector as well as pile-up collisions were simulated. SSM Z bosons are searched for in the dilepton final states, where it is expected to observe a signal with a more than five significance value at an invariant mass of 6.4 TeV, and exclude masses up to 6.5 TeV. SSMW0 bosons are searched for in the lepton plus neutrino final state, where itis expected to observe a signal with a more than five significance value at an invariant mass of 7.7 TeV, and exclude masses up to 7.9 TeV.
Deviations of the leptonic branching ratios of the heavy Higgs in the MSSM with broken R-parity
(2018) Méndez Leiva, Andrés; Díaz, Marco A.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
We performed a phenomenological study of the leptonic decay modes of a heavy Higgs in a supersymmetric scenario which we called the ϵλ-MSSM, in which we added ϵ-bilinear and λ-trilinear terms to break R-parity explicitly, constrained by the most recent neutrino experimental data. In particular, we explored the possibilityof decreasing the coupling associated to the τ τ mode, in order to reduce the large number of events predicted by other typical R-parity conserving (RpC) models to justify the non-observation of any heavy scalar resonance, while opening regions of the parameter space which were previously excluded. We also study the possibility of enhancing the µµ mode due to its importance in future experimental searches. We found that even with a loose cosmological bound given by the sum of the neutrino masses, the deviations for the τ τ mode are smaller than a 1%, while for the µµ mode it can be up to 50%. However, once we constrained our parameters to reproduce the most recent neutrino observables associated with neutrino oscillation, we found that the deviations attained in each mode are extremely small, leading to deviations of ∼ 0.0001% for the µµ mode and ∼ 0.0000000001% for the τ τ model, making the ϵλ-MSSM indistinguishable from the RpC-MSSM case in the leptonic channels.
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.
Gravitation with Gauss bonnet in 3+1 using palatini formalism
(2025) Bennett Rebolledo, Daniela; Bañados Lira, Máximo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
A study was conducted on the Gauss-Bonnet term in gravitation within the Palatini framework. The study offers a different perspective when compared to the LeviCivita formalism on higher-order curvature terms. The inclusion of the GaussBonnet term allows us to explore its influence on the dynamics of spacetime and its potential contributions to the Einstein-Hilbert action with cosmologicalconstant and a spherically symmetric spacetime. A first-order perturbation analysis was conducted for the case of spherical symmetry, where non-trivial solutions dependent upon the Gauss-Bonnet term were found. On the other hand, in the cosmological case, it was noted that the Gauss-Bonnet term does not contribute towards first order solutions in the perturbation analysis. These results highlightthe potential of the Palatini approach to enrich our understanding of modified gravitational theories. The analysis shows that the Palatini approach to the GaussBonnet term introduces non-trivial modifications to field equations and exhibits the possibility of a symmetry of the Gauss-Bonnet term as Lagrangian density.
Numerical simulations of wire array Z-pinches under variations of global magnetic fields
(2017) Donoso Tapia, Luis Alberto; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
During the last five years a lot of work has been done with the computational code GORGON [1,2] to simulate the dynamics of transient plasmas. The main work has been focused on studying plasmas in different configurations of wire arrays.These configurations include conical arrays [3,4,5], asymmetrical cylindrical arrays [6].This thesis focuses on two primary areas. First, how does spatial resolution affect the reliability of observed simulation results? This was studied by simulating conical wire array Z-pinches with varying resolutions. Second, the dynamics of Z pinch plasmas generated by asymmetrical wire arrays are examined. This causes the magnetic field topology to become asymmetrical, this causing the plasma to move away from the geometrical center [6]. Regarding the conical arrays studied in this work, a low electronic density region was initially observed, which was located between two high density regions, similar to what has been observed in stellar phenomena like the Herbig-Haro objects [7]. However, subsequent simulations, with resolution increased by a factor of 2,5,have disproved this supposition.The second main aspect of this work shows how undermassed aluminium wire configurations can be used for accurate control of plasma dynamics, by modifying the governing magnetic field topology of the system. This leads to an acceptable method for controlling the direction and velocity of the plasma precursor within a time period similar to the associated pulsed power generator rise time [6,8,9].
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.
Study of the Effect of Charge Migration among Color Centers in Diamond on the Relaxation Time of Nitrogen-Vacancy Centers
(2025) Crozier Mc Coll, Simone Pauline; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
The ability to extend the coherence time of NV centers is crucial for high-precision universal quantum sensors with nanoscale-resolution. We aim to manipulate and measure the environmental charge distribution around a NV center spot through photo-induced ionization and recombination, using multi-wavelength pulsed laser sequences, and measure possible changes in longitudinal relaxation times. If the charge state of surface defects can be changed via carriers created by the manipulation of the NV center’s surrounding environment, their new spin could be non-interactive with negatively charged NV centers, which may increase their relaxation times.

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