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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.
A technique for natural gauge boson masses
(2020) Laporte, Cristóbal; Koch, Benjamin; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.
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.
Atrapamiento y análisis del movimiento de partículas dieléctricas mediante la técnica de pinzas ópticas
(2024) Moreno Martínez, Antonia Angélica; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Las pinzas ópticas son una innovadora técnica en el campo de la física experimental que ha permitido estudios en diferentes disciplinas. Este trabajo busca analizar el movimiento de partículas esféricas y dieléctricas atrapadas ópticamente en un sistema de agua con bajo número de Reynolds, mediante la adquisición de datos en tiempo real y el análisis numérico con herramientas tales como la correlación del desplazamiento y la densidad espectral de potencia.
Búsqueda de hidrógeno neutral HI en Voorwerpjes usando el radio interferómetro VLA
(2021) Zagal San Martín, Valentina; Treister, Ezequiel; Barcos Muñoz, Loreto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Astrofísica
El descubrimiento fortuito de una región altamente ionizada dominada principalmente por líneas de emisión de [OIII] cercana a la galaxia espiral IC 2497 bautizada como Hanny’s Voorwerp, incentivó una búsqueda de sistemas análogos desde el Proyecto Galaxy Zoo, es decir, galaxias con regiones de líneas de emisión extendidas (EELR) superior a los 10 kpc, denominadas como Voorwerpjes. Los espectros ópticos de estas peculiares galaxias, aluden a una ionización producida por la actividad pasada del AGN. Además, comparten la cualidad de ser sistemas generados por algún proceso de fusión, sugiriendo la presencia de grandes reservas de hidrógeno neutral HI extraplanar. Estas características sugieren que, para poder poder observar estas EELR es necesario que el cono de ionización entre en contacto con el gas neutral y ambos apunten en tal dirección, de manera que sean visibles desde nuestra línea de visión. La presente tesis estudia el hidrógeno neutral HI en 9 AGN bautizados como Voorwerpjes (0.0296 < z < 0.0547) utilizando las observaciones radio interferométricas obtenidas con la configuración más compacta (~1 km) del VLA entre 1 y 2 GHz. Estableciendo como finalidad la detección de la línea HI (o línea de 21 cm), la cual justifique naturalmente la presencia de estas regiones ionizadas en los alrededores de sus galaxias. Los mapas espectrales a ~1.5 GHz presentaron dos detecciones para la línea de 21 cm: una única emisión y absorción para las fuentes SDSS 1005 y SDSS 2201, respectivamente. El resto de la muestra no presenta detección espectral y el radio continuo de SDSS 1510 no fue detectado. La masa del gas neutral desde la emisión de HI es comparable con el gas neutro presente en el Hanny’s Voorwerp, como también con galaxias típicas, por ejemplo la Vía Láctea. Adicionalmente, la masa HI resultante desde los límites superiores son en promedio menores que el gas neutral en galaxias normales. En cuanto al valor de la columna de densidad desde la absorción, es comparable con los AGN que componen al Zoológico de Absorción HI. Por otro lado, la conversión de los radio continuo hacia la temperatura de brillo, está limitada por el rango de resolución recuperada desde el tipo de observación. No obstante, la comparación con el sondeo NVSS verifica el correcto procesamiento de los datos además de presentar una mejora del 33%. Finalmente, los Voorwerpjes serían AGN pobres en HI actualmente inactivos.
Búsqueda de soluciones singulares en tiempo finito de las ecuaciones de Euler para fluidos incompresibles y no viscosos
(2023) Martínez Argüello, Diego Fernando; Rica, Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En el contexto del problema de la globalidad de las ecuaciones Euler (EE) para fluidos incompresibles e invíscidos, se presenta un procedimiento para obtener soluciones singulares en un tiempo finito tc y asintóticas en t → tc para las EE en 3D con simetría axial. La singularidad se induce con un ansatz autosimilar para la dependencia radio-temporal, caracterizado por un exponente autosimilar, ν, por encontrar. Junto con el uso de una expansión en el ángulo polar, las EE axisimétricas se transforman en un conjunto autónomo e infinito de ecuaciones diferenciales ordinarias para las amplitudes de la expansión. Este sistema dinámico se resuelve numéricamente para diferentes truncaturas, N, de la expansión ajustando el exponente ν según las condiciones de borde. Como resultado, las soluciones para diferentes N forman una secuencia convergente tanto en el exponente ν ≈ 2.0 como en las amplitudes autosimilares. Además, se muestra que las soluciones son estables, calculando aproximadamente su conjunto infinito de autovalores de inestabilidad y concluyendo que ν ≈ 2 es el único exponente estable para N → ∞. Esta secuencia convergente indica que existe una solución que resuelve el sistema dinámico exacto, para N → ∞, y el flujo asociado sería una solución singular en tiempo finito de las EE que sugiere su no-globalidad.
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.
Caracterización de X-pinches de cobre y su aplicación como fuente de rayos X para deflectometría Talbot-Lau.
(2020) Vescovi, Milenko; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Se caracterizó espacial, temporal y espectralmente la emisión de rayos X proveniente de un X-pinch de 4 alambres de cobre de 25µm de diámetro en el generador Llampüdkeñ, con el fin de evaluar su uso como backlighter para deflectometría moiré-Talbot Lau. Se midió una fuente central de 50 − 150µm, con emisión significativa en el rango < 5keV. Por medio de un espectrómetro especialmente diseñado y construido para este trabajo, se determinó que la radiación en esta región corresponde principalmente a emisión continua. La fuente central, asociada al hotspot, tiene una menor emisión en el rango cercano a 8keV, correspondiente a emisión satélite K de iones tipo Li. En este rango de energías y en rayos X duros, la emisión dominante proviene del plasma ∼ 300 − 400µm sobre la fuente central, hacia el ánodo. Desde esta región se detectaron fuentes de tamaño milimétrico, posteriores a la emisión central y asociadas a haces de electrones acelerados a través del gap formado tras la primera emisión. Se midió emisión cercana a 8 − 8.3keV proveniente de una región de tamaño extendido en el espectrómetro, además de un intenso continuo en energías > 9keV. Se usó un deflectómetro Talbot-Lau de orden 1, optimizado para 8keV a 5 − 6cm del plasma, con un objeto de fase de prueba (placa de Be). Usando el X-pinch como fuente se obtuvieron patrones de franjas que permitieron estimar la densidad de la placa con una diferencia porcentual menor al 13 %. Se observa un contraste disminuido en los patrones moiré (< 18 %), posiblemente asociado a la emisión en un amplio espectro proveniente de las fuentes de mayor tamaño en el X-pinch. Se observó depósito de material, ruptura y curvatura en los filtros protectores del deflectómetro, lo que en general no afectó la toma de datos. No se observan efectos de campo magnético ni temperatura que afecten la formación del patrón final. Según los resultados, el X-pinch es una fuente útil para deflectometría Talbot-Lau en experimentos de potencia pulsada. Sin embargo es necesario optimizar el arreglo en cuanto a masa y material de los alambres, con el fin de asegurar resoluciones temporales y espaciales apropiadas para este tipo de experimentos. Parte de los resultados de este trabajo se encuentra en proceso de publicación[1].
Categorisation of dark photon jets using machine learning techniques
(2023) Haacke Concha, Michael; Garay Walls, Francisca; Olivares Pino, Sebastián Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
This thesis presents a search for Dark Photons decaying into two Hidden Lightest Stable Particles (HLSP) and fermions or light hadrons using ATLAS experiment data from the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV, with an integrated luminosity of 139.0 fb^-1. This study looks to discriminate the dark photon signal produced by a vector-boson-fusion Higgs from all backgrounds using various machine learning techniques. Among the methods tested, XGBoost emerged as the most effective, achieving a MC simulated significance of 5.88 standard deviations. This marked a substantial 22.5% improvement compared to the standard VBF analysis.
Characterization of ferromagnetic and antiferromagnetic systems using nitrogen-vacancy center relaxometry
(2024) Cabezón Heitzer, Ricardo Javier; Rodríguez Suárez, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Relaxometry with nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is an innovative and non-invasive technique that has been increasingly used for characterizing magnetic materials. Because of their exceptional quantum coherence and capability to be manipulated optically, it is possible to measure their relaxation time and, from this quantity, probe physical characteristics of the environment. This technique is the so-called called relaxometry. During the last few years, NV centers have been used for measuring magnetic properties in ferromagnetic materials, and a few times for antiferromagnetic systems with easy-axis anisotropy.In this work, we develop a complete theoretical description of NV center relaxometry for several types of magnetic materials (ferromagnetic and antiferromagnetic systems), we indicate what physical parameters can be measured in each situation, when this technique will experimentally work, and how it depends on the sample anisotropy. We found that relaxation rates using ferromagnetic systems peak at certain values of the external magnetic field, where both NV center and sample resonate simultaneously, something that does not happen when using antiferromagnets because of their high resonance frequency. In this way, NV center relaxometry allows us to extract information about the spin waves of the system. Finally, we discuss prospects to non-intrusively probe magnetic properties and phase transitions in ferrimagnetic systems, in triangular-lattice antiferromagnets, such as Cs2CuCl4 and in 2D materials.
Correcciones magnéticas a las longitudes de scattering π-π en el modelo sigma lineal
(2018) Monje Apablaza, Leandro; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En este trabajo se consideran las correcciones magnéticas a las longitudes de scattering en el marco del modelo sigma lineal. Para esto se consideraron todas las correcciones a un loop en los canales s, t y u, asociados a la inserción del propagador de Schwinger correspondiende a piones cargados, trabajando en el régimen de valores pequeños para el campo magnético. Este cálculo se basa en una expansión acorde para el propagador, resultando en que la longitud de scattering líder, t = 0 en el canal s, aumenta a medida que el campo magnético crece, en caso de isospín I = 2, mientras que el efecto opuesto se aprecia para el caso I = 0. La simetría de isospín es válida debido a que la inserción de campo magnético ocurre a través del valor absoluto de la carga eléctrica. Notamos, además que el canal I = 1 no recibe correción alguna. Además se ha de destacar que este resultado para los canales I = 0 y I = 2 es contrario respecto a las correciones térmicas para las longitudes de scattering halladas previamente en la literatura.
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 inflation in modified models of gravity and an analysis on gravitational waves
(2021) Gamonal San Martín, Mauricio; Alfaro Solís, Jorge Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
This work comprises three different lines of research related to the study of cosmological inflation and the propagation of gravitational waves. In the first issue, we developed -for the first time in a systematic way- the slow-roll approximation for a single field inflaton within the framework of f(R,T) gravity, a modified model of gravity such that the Lagrangian is a function of the scalar curvature and the trace of the energy-momentum tensor. We obtained the modified slow-roll parameters and the spectral indices by choosing a minimal coupling between matter and gravity. We computed these quantities for several models and contrasted the predictions with the constraints of the Planck data, obtaining corrections to the Starobinsky model. In the second line of research, we studied how a free Lorentz-valued bosonic 0-form coupled to Einstein-Cartan gravity's action can be considered the inflaton field. In this model, the interacting terms of the fields come directly from the torsionful contributions of the action. Hence, the inflationary dynamics can be extended so that we can define an effective potential that describes the evolution of the background fields. We found that for a particular combination of initial conditions, the model could adequately guarantee the slow-roll conditions over more than 55 e-folds. However, a more detailed analysis is required to confirm the viability of this inflationary scenario. Finally, we addressed a different problem related to the propagation of low-frequency gravitational waves coming from sources located at cosmological distances. Within the linearized regime of gravity, we performed a coordinate system transformation between a frame which origin is the source of gravitational waves and the comoving frame of the FLRW metric. Then, we studied the observational consequences in Pulsar Timing Arrays experiments, finding a non-trivial modification to the timing residual of pulsars that depends on the value of the Hubble constant.
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.
Cosmología dependiente de la escala. Revisión de los problemas de la Constante Cosmológica y de la Constante de Hubble
(2023) Canales Contreras, Felipe Andrés; Loewe Lobo, Marcelo Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En este trabajo de tesis se busca presentar algunos resultados que permitan guiar a la solución de dos de los grandes problemas de la cosmología moderna: el problema de la Constante Cosmológica y la tensión de la constante de Hubble. El primer problema consiste en que la predicción teórica para el valor de la densidad de energía del vacío es 10^120 veces mayor que la densidad de energía del vacío observada, mientras que el segundo problema se debe a la discrepancia que hay para el valor de la constante de Hubble dada por dos mediciones distintas. Para guiar a las soluciones de los problemas, se plantea una acción de gravedad Einstein-Hilbert, incorporando efectos cuánticos al considerar tal acción, como una acción efectiva con acoples gravitacionales dependientes de la escala de renormalización. Se encuentra que considerar acoples gravitacionales dependientes de la escala puede explicar un factor de 10^66 de diferencia entre la energía de vacío observada y la teórica en el problema de la Constante Cosmológica, mientras que considerar acoples gravitacionales dependientes de la escala tiene el potencial de reducir la tensión de la constante de Hubble.
Creación de defectos ópticos poco profundos en sólidos por implantación de iones
(2020) Reyes Almanza, Arturo; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Desde hace poco más de una década investigaciones de defectos en sólidos han tenido gran relevancia. La manipulación coherente y controlada de sistemas cuánticos como el espín nuclear y electrónico asociados a moléculas creadas de forma artificial en sistemas sólidos, permitirá el desarrollo de sistemas altamente sensibles. Defectos ópticos puntuales cercanos a la superficie como los centros NV en diamante, son objetos de estudio debido a su alta sensitividad magnética. Para estos fines, el desarrollo de una metodología para el control en la creación de defectos ópticos en sólidos es fundamental. Este trabajo realiza el método de implantación de iones a baja energía para la creación de defectos ópticos de centro NV cercanos a la superficie. Por medio de un cañón de iones se ionizó gas 14N a 5000 eV para generar un haz de iones focalizado que impactó una muestra de diamante tipo IIa ultra puro. Ambas caras del material se expusieron a 9 puntos producidos por el sistema de implantación. El diámetro del haz logrado fue de 600 µm. La cara 1, a una presión de 3 x 10−7 mbar, se expuso a un haz de 3 µA obteniendo una dosis aproximada por punto de 2 x 1017 iones·cm−2. La cara 2, a una presión de 5.4 x 10−7 mbar, fue expuesta a un haz de 5 µA, obteniendo una dosis por punto de 1 x 1019 iones·cm−2 . Posteriormente, la muestra de diamante fue calentada a 800°C. Por medio de un análisis en SRIM se determinó que en promedio los iones alcanzan una profundidad de 8.5 nm. Mediante microscopía confocal en cada cara se encontraron 8 defectos ópticos de espectro de emisión asociados a Centros L1 los cuales requieren mayores estudios para su caracterización.Desde hace poco más de una década investigaciones de defectos en sólidos han tenido gran relevancia. La manipulación coherente y controlada de sistemas cuánticos como el espín nuclear y electrónico asociados a moléculas creadas de forma artificial en sistemas sólidos, permitirá el desarrollo de sistemas altamente sensibles. Defectos ópticos puntuales cercanos a la superficie como los centros NV en diamante, son objetos de estudio debido a su alta sensitividad magnética. Para estos fines, el desarrollo de una metodología para el control en la creación de defectos ópticos en sólidos es fundamental. Este trabajo realiza el método de implantación de iones a baja energía para la creación de defectos ópticos de centro NV cercanos a la superficie. Por medio de un cañón de iones se ionizó gas 14N a 5000 eV para generar un haz de iones focalizado que impactó una muestra de diamante tipo IIa ultra puro. Ambas caras del material se expusieron a 9 puntos producidos por el sistema de implantación. El diámetro del haz logrado fue de 600 µm. La cara 1, a una presión de 3 x 10−7 mbar, se expuso a un haz de 3 µA obteniendo una dosis aproximada por punto de 2 x 1017 iones·cm−2. La cara 2, a una presión de 5.4 x 10−7 mbar, fue expuesta a un haz de 5 µA, obteniendo una dosis por punto de 1 x 1019 iones·cm−2. Posteriormente, la muestra de diamante fue calentada a 800°C. Por medio de un análisis en SRIM se determinó que en promedio los iones alcanzan una profundidad de 8.5 nm. Mediante microscopía confocal en cada cara se encontraron 8 defectos ópticos de espectro de emisión asociados a Centros L1 los cuales requieren mayores estudios para su caracterización.
Desarrollo de un modelo clínico-radiómico de aprendizaje automatizado, para la predicción de respuesta a la quimioterapia neoadyuvante en pacientes con cáncer de mama.
(2024) Soto Moreira, Macarena Cecilia; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
El cáncer de mama es el tipo de cáncer mas frecuente en mujeres. Aunque existen diversas estrategias de tratamiento, no se dispone de herramientas clínicas para poder predecir con certeza la respuesta de cada paciente a distintas opciones de tratamiento, lo cual motiva este estudio. El trabajo realizado consistió en la implementación de una herramienta para la predicción de la respuesta patológica en pacientes con cáncer de mama tratadas con quimioterapia neoadyuvante. Se utilizaron dos cohortes de imágenes de resonancia magnética con peso T1 (T1w) y con contraste (DCE) previas al tratamiento, una para entrenamiento y evaluación de los modelos predictivos, y la otra para validación externa. Estos cohortes se adquirieron de manera independiente de un repositorio abierto y contaban con información sobre el tipo de respuesta patológica de las pacientes a la quimioterapia neoadyuvante. Para el cohorte de entrenamiento, se realizo una segmentación manual por experto y una semiautomática del parénquima de la mama con el tumor y la lesión. Los resultados de ambos métodos fueron comparados usando el coeficiente de Dice . El cohorte de validación externa incluía la segmentación del tumor realizada por un experto. A partir del proceso de segmentación de tejidos, se extrajeron y analizaron características radiómicas de los volúmenes de interés. Se busco determinar que características presentaban diferencias estadísticamente significativas entre pacientes con respuesta completa y no completa. Se construyeron modelos de aprendizaje automatizado utilizando diferentes clasificadores, incluyendo regresión logística, arboles de decisión, maquinas desoporte vectorial, clasificador bayesiano y vecinos cercanos, con el objetivo de predecir la respuesta tumoral. El desempeño de los modelos se evaluó mediante una validación cruzada con k=2 y 100 repeticiones. Al comparar la segmentación manual y semiautomática del tumor se obtuvo un valor promedio del coeficiente de Dice de 0.635 [0.402-0.857]. Se identificaron un total de 16 características con diferencias significativas, las cuales incluyeron características radiómicas, cinéticas y de subtipo molecular. Estas características no presentaron correlaciones significativas entre sí y obteniéndose un valor máximo de AUC de 0.825. Del análisis de rendimiento de los modelos multivariados, se encontró que el modelo basado en el algoritmo de Vecinos Cercanos (KNN), utilizando la combinación de características: Correlation (Lesión), Skewness (Lesión), Idmn (Lesión), Kurtosis (Peak Enhancement), Kurtosis (Wash-In-Slope) y HER2, presentó el mejor rendimiento en términos de la métrica AUC, obteniéndose un valor de 0.951 [0.890-0.994] para el entrenamiento y en la validacion interna AUC de 0.984. En la validación externa del algoritmo con un cohorte independiente de 81 pacientes, se obtuvo un valor de AUC de 0.955 en la predicción de la respuesta tumoral. Estos resultados demuestran la capacidad de generalización y reproducción del modelo en un conjunto de pacientes independiente.
Determinación de dosis absorbida periférica a través de simulaciones Monte Carlo : evaluación de los algoritmos de cálculo en el planificador comercial Monaco®
(2018) Rodríguez Mongua, José Luis; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Se ha realizado la simulación Monte Carlo en EGSnrc del acelerador lineal Axesse de Elekta para la obtención de distribuciones de dosis tanto dentro como fuera del campo de radiación de un haz de 6 MV. Dicha simulación ha sido validada por comparación con medidas experimentales. Posteriormente, el modelo Monte Carlo de EGSnrc del acelerador fue aplicado a la evaluación del comportamiento de los algoritmos Collapsed Cone y Monte Carlo de Monaco® en el escenario de una planificación clínica de un tratamiento de pulmón con tres campos sobre el maniquí computarizado masculino del ICRP110. Para lograr este objetivo hubo que transformar el formato original del maniquí ICRP en otro compatible con EGSnrc y con el DICOM que admite el sistema de planificación comercial, así como segmentar las estructuras para el cálculo de la dosis a órgano. La comparación de los resultados se realizó a partir de diversas métricas derivadas de los histogramas dosis volumen. Se encontró que la simulación Monte Carlo de EGSnrc para estimación de dosis periférica, debe ser realizada sin el uso de técnicas de reducción de varianza como el DBS puesto que esto altera de forma importante el computo de dosis fuera del campo. Los resultados obtenidos revelan que Collapsed Cone infraestima la dosis en un 40% cercano al borde del campo (arrastrando la falta de veracidad del sistema dosimétrico empleado en el comisionamiento) y que ambos algoritmos pueden llegar a subestimar la dosis en órganos alejados del borde del campo en más de un 80%. Sin embargo, en general Collapsed Cone reporta valores más cercanos al Monte Carlo de EGSnrc excepto en puntos muy alejados del campo de tratamiento y alineados con el isocentro. El hecho de que Collapsed Cone tenga un mejor comportamiento general puede deberse a que el Monte Carlo de Monaco fue optimizado para tratamientos con modulación de la fluencia.
Development of particle-in-cell code using the implicit moment method and Monte-Carlo collisions for laboratory plasma simulation
(2020) Hernández Vargas, Francisco; Favre Domínguez, Mario; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Plasma simulations have been used for decades as a link between theoretical and experimental physics, helping to understand the dynamics and phenomena that occur in plasma. Among the existing methods there are fluid codes (magnetohydrodynamics), kinetic codes (particle-in-cell) and hybrids codes (which combine the previously mentioned methods), each with its pros and cons. In this thesis, a C++ simulation code was developed using the particle-in-cell implicit moment method (PIC-IMM), which has the advantage of having fewer constrains than other methods (such as the explicit PIC), maintaining the kinetic and non-linear effects. In addition, a collision module was implemented using Monte Carlo Collisions (MCC). The code was tested with verification and validation tests. The correct movement and stability of the particles was verified, as well as the dispersion of the electrostatic fields. Among the validation tests, the case of two-stream instability, magnetic reconnection using a Harris-like sheet, Xenon charge-exchange collisions, and Argon collisions in a rf plasma jet was analyzed. Each of the tests was analyzed and the results are discussed in the respective chapters. Although the results obtained are satisfactory, it remains to simulate new laboratory experiments, and compare with experimental data.
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.

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