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Recent Submissions
- ItemPrimordial Black Holes as Dark Matter Candidate and Possible Feedback Source at Very High Redshift(2025) Casanueva Villarreal, Catalina Isabel; Tissera, Patricia; Padilla, Nelson; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de AstrofísicaLos agujeros negros primordiales (Primordial Black Holes, PBHs) son objetos hipotéticos que podrían haberse formado en el Universo temprano, contribuyendo potencialmente a la materia oscura (Dark Matter, DM) y dejando huellas observables en la formación de estructuras cósmicas y en la radiación de fondo. En esta tesis, investigamos su impacto utilizando dos enfoques complementarios: un modelo semianalítico para estudiar el calentamiento inducido por PBHs tanto en los bariones localizados en el medio intergaláctico (Intergalactic Medium, IGM) como en halos de DM a alto corrimiento al rojo (redshift, z), y un marco completamente analítico para calcular sus contribuciones a los fondos de radiación cósmica. Ambos enfoques incorporan un modelo detallado de acreción-emisión, considerando distintos regímenes de acreción, incluidos el flujo de acreción dominado por advección de electrones, el flujo de acreción dominado por advección estándar, el flujo de acreción caliente y luminoso y el régimen de disco delgado. Esto garantiza una caracterización físicamente consistente de la luminosidad de los PBHs en distintos entornos astrofísicos.En el primer enfoque, desarrollamos un modelo semianalítico para cuantificar el calentamiento del gas por PBHs tanto en el IGM como en los halos, incorporando mecanismos de enfriamiento relevantes a alto redshift. Este modelo se aplica sobre una simulación de Cielo a z ~ 23 para evaluar la evolución térmica del gas y analizar el impacto de la acreción de PBHs en la formación temprana de estructuras. Esto nos permite restringir la abundancia de PBHs en función de sus efectos sobre la temperatura y el estado de ionización del medio circundante.En el segundo enfoque, construimos un modelo completamente analítico para evaluar la contribución de los PBHs a los fondos de radiación cósmica, centrándonos en el fondo cósmico de rayos X, el fondo de Lyman-Werner y el fondo cósmico de radio. Comparando la emisión predicha de PBHs con las restricciones observacionales, derivamos límites estrictos sobre su abundancia y evaluamos su posible papel en la configuración de los fondos cósmicos no resueltos.Ambos enfoques producen restricciones consistentes, reforzando la solidez de nuestros resultados. Probando distribuciones de masa monocromática para los PBHs, encontramos que para M_PBH = 1 M_sun, las restricciones combinadas limitan su abundancia a f_PBH ≤ 7 x 10⁻³. Para PBHs en el rango M_PBH = 10 - 100 M_sun, encontramos una restricción más estricta de f_PBH ≤ 6 x 10⁻⁴.Este estudio resalta la complementariedad entre las restricciones derivadas del calentamiento a pequeña escala y las impuestas por los fondos de radiación cósmica a gran escala, proporcionando una perspectiva multiescala sobre la física de los PBHs. Los límites obtenidos se encuentran entre los más estrictos hasta la fecha, lo que refuerza la solidez del análisis. Al integrar simulaciones de alta resolución con técnicas de post-procesamiento y formular un marco analítico exhaustivo, esta tesis ofrece una evaluación rigurosa sobre la viabilidad de los PBHs como candidatos a DM y su influencia en la evolución cósmica temprana.
- ItemDesarrollo de un cátodo basado en nanotubos de carbono recubiertos con pentóxido de vanadio para uso en baterías de litio(2025) Picuntureo Jara, Matías; Hevia, Samuel; Cisternas Jiménez, Eduardo Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaEl desarrollo de cátodos nanoestructurados representa un área de investigación crucial para mejorar el rendimiento de las baterías de ionesde litio. Esta tesis explora el uso de nanotubos de carbono verticalmente alineados (VA-CNT) como plantilla para la fabricación de cátodos basados en pentóxido de vanadio (V₂O₅), un material que destaca por su alta capacidad teórica de intercalación de litio. Se desarrolló un método de síntesis basado en la oxidación controlada de vanadio metálico depositado sobre VA-CNT crecidos directamente sobre electrodos de acero inoxidable. Se encontraron condiciones que permiten simultáneamente la oxidación del vanadio a V₂O₅ y la preservación de la matriz de VA-CNT. El nanomaterial híbrido VA-CNT/V₂O₅ exhibe una morfología tipo nanoesponja sobre la superficie del electrodo y presenta una notable respuesta electroquímica, alcanzando una capacidad específica de descarga reversible de 90 mAh/g a 0.5C, lo que representa un incremento de casi un 300% respecto a los 30 mAh/g desarrollados por el cátodo de V₂O₅ sin VA-CNT, en las mismas condiciones. Esta mejora se atribuye al transporte electrónico facilitado por la red de nanotubos y a las distancias reducidas de difusión iónica en la estructura nanoestructurada. La caracterización exhaustiva del material mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de dispersión de energía (EDX), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopía Raman permitió comprender en detalle su morfología, composición y estructura. Complementariamente, se realizaron cálculos basados en la teoría del funcional de densidad (DFT) para analizar los Imodos vibracionales del V₂O₅, modelar la interfaz CNT-V₂O₅, estudiar la oxidación de los CNT por V₂O₅ y calcular potenciales de intercalación de litio. Estos últimos resultados teóricos sugieren la formación de sitios favorables para la intercalación de litio en el modelo de la interfaz, lo que podría contribuir a la capacidad de almacenamiento de carga del sistema. La integración de resultados experimentales y teóricos proporciona una comprensión integral del sistema VA-CNT/V₂O₅ como material catódico, validando esta estrategia para la fabricación de cátodos nanoestructurados mediante la oxidación controlada de precursores metálicos.
- ItemBeyond 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 FísicaThis 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.
- ItemOutflows from tungsten conical wire arrays. Characterization and applications(2024) Muñoz-Cordovez, Gonzalo; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaA 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.
- ItemSingle Molecules for Quantum Information and Metrology(2024) Escalante, Richard; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaSingle luminescent molecules provide a unique approach in the development of quantum technologies utilizing single photon sources. This includes quantum metrology by using a molecule’s sensitivity of its emission and magnetic properties to the local environment. In this thesis, we present our investigation of the optical properties of several different classes of luminescent molecules. We begin by providing some theoretical background of single quantum emitters as well as a brief description of the experimental methodologies and equipment. Next, we present an optical investigation of an ensemble of iron phthalocyanines molecules. This molecule possesses a ground state triplet, which is a desirable property for optically active spin qubits, but has a very weak optical emission. Diffraction limited spots displayed photo-instability in the form of blinking and irreversible bleaching. In ensemble form however, their optical stability allowed us to identify a possible Raman peak where we calculated the associated phonon frequency. Next, we present our single molecule study of vanadium phthalocyanine. This molecule has been documented as displaying very long spin coherence times even at room temperatures. We confirmed the presence of a single molecule by measuring the second order correlation function. Additionally, we looked at the intensity and spectral response as a function of the excitation laser polarization. The spectrum was fitted to a two Gaussian function, which may correspond to the two dipole transitions as suggested by theoretical calculations. Lastly, we looked at the optical properties of rare earth europium complexes known for having very sharp optical transitions in the emission spectrum, with each having varying levels of sensitivity to the local environment. Motivated by techniques to investigate non-radiative decay channels, we looked at the optical response of four different europium complexes under two 1 µs pulses of 515 nm laser separated by 1 µs. Each displayed a very different results and allowed us to identify the best candidates for single molecule studies. Finally, we looked at the emission spectrum as well as the optical response under a 6 µs long pulse using time-correlation single photon spectroscopy.