3.10 Facultad de Física
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Browsing 3.10 Facultad de Física by Subject "09 Industry, innovation and infrastructure"
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- ItemAnomalous Positron and Antiproton Cosmic Ray Flux in the Minimal Supersymmetric Standard Model Plus R-Parity Violation(2025) Ortega Gutiérrez, Gonzalo; Díaz Gutiérrez, Marco Aurelio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaThe Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) located in the International Space Station, measured anomalous fluxes of positrons and antiprotons. The standard astronomical sources are not enough to describe the fluxes measured. We explain it with physics beyond the Standard Model: the Minimal Supersymmetric Standard Model plus R-Parity Violation. Gravitino, the graviton suṕerpartner, plays a fundamental role in our study because the different gravitino decay channels would contribute to the positron and antiproton fluxes measured by AMS. The main focus of our study is to find the best branching ratios associated with the decay channels, which adjust to AMS measurements, considering gravitino properties as its mass and lifetime.
- ItemEfectos de la escala de Planck en un Modelo Majorón Seesaw Tipo-II modificado(2023) Mite Calibar, Nelly Stefanía; Muñoz Tavera, Enrique; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaEl Modelo Estándar es una de las teorías más exitosas dentro de aquellas que describen los fenómenos físicos, siendo capaz de describir con gran precisión las interacciones entre las partículas fundamentales que conforman la materia. Sin embargo, ha dejado algunas preguntas abiertas, por ejemplo, no ha sido capaz de explicar, en su formulación actual, la masa de neutrinos y la existencia de la materia oscura. A consecuencia de esto, constantemente se estudian diferentes formas de modelos más allá del modelo estándar para intentar dar explicaciones a estos fenómenos. Extensiones al modelo estándar se han llevado a cabo de diversas maneras, dentro de las cuales podemos encontrar los modelos seesaw y de Majorones. En ambos, se intenta proponer una explicación para la generación de masas de neutrinos. En los modelos seesaw se plantea la existencia de partículas mediadoras más pesadas en la generación de masas de neutrinos, mientras que en los modelos de tipo Majorón relacionan el rompimiento del número leptónico (LN) al origen de éstas mismas. En la presente investigación, se estudió un modelo de Majorón en régimen Seesaw Tipo-II modificado a la escala de Planck, donde se han incluido un singlete y triplete escalar en adición al doblete de Higgs del modelo estándar. Nuestra principal motivación radica en que, si los neutrinos son partículas masivas de tipo Majorana, entonces el número leptónico necesariamente se rompe. En este caso, la simetría global del número leptónico se rompe espontáneamente, debido a que los campos escalares adquieren un valor de expectación del vacío no nulo. Esto, además, resulta en la aparición de un bosón de Goldstone sin masa en nuestra teoría, el Majorón, J. En el modelo Majorón-seesaw tipo-II no hay rompimiento explícito de simetrías, ya que el rompimiento se produce de manera espontánea debido a los campos que adquieren un valor de expectación del vacío distinto de cero. Sin embargo, surge la interrogante acerca de si al inducir términos producto de efectos gravitacionales no perturbativos en la teoría, el Majorón podría convertirse en un candidato viable a materia oscura. En el modelo original, el Majorón corresponde a un bosón de Goldstone, lo que implica que es una partícula sin masa. No obstante, en nuestra extensión, la presencia de 13 nuevos operadores de dimensión 5, suprimidos por la escala de Planck, inducidos en el potencial escalar de nuestro modelo, generan correcciones a la masa de J. Las contribuciones provenientes de estos operadores son pequeñas, debido a esta supresión por la escala de Planck. Lo anterior, junto a las restricciones impuestas al espacio de parámetros y los diferentes filtros, nos conduce a que las masas obtenidas para el Majorón se encuentran en el rango keV-MeV. Se realizaron búsquedas en el espacio de parámetros del modelo extendido, donde se encontró que para que el Majorón sea un buen candidato a materia oscura es necesario que sea estable o que posea un tiempo de vida lo suficientemente grande, comparable con la edad del universo. El Majorón, en principio, puede interactuar con los neutrinos a nivel árbol, pero este acoplamiento es pequeño, por lo que el tiempo de vida de Majorones decayendo a neutrinos sería considerable. Por otra parte, también hemos tomado en cuenta el decaimiento a un loop de Majorones a fotones y de Majorones a electrones, al analizar un espacio de parámetros donde se obtuvieron masas suficientes para abrir este canal de decaimiento. De acuerdo a esto, se encontró que el tiempo de desintegración total de Majorones cumple con el requisito de superar la edad actual estimada del universo. Para las distintas búsquedas del espacio de parámetros, se encontró que el rango de masas para el Majorón, compatible con todas las restricciones y filtros impuestos en el modelo, corresponde a 10−9 GeV < m J < 10−2 GeV. Valores que dependen principalmente del vev del singlete, en el rango 10 6 GeV < v1 < 10 10 GeV. Respecto de otros parámetros fundamentales del modelo, hallamos que 10−4 GeV < v3 < 7 GeV y 10−9 < κ < 10−5, quienes cumplen un rol importante en la magnitud de las masas de los campos principalmente tripletes, H±, H±±, A y h2, cuyos valores se encuentran entre 10 2 GeV < m < 10 5 GeV. Para concluir, se estudió la producción de Majorones en el universo temprano mediante el mecanismo de freeze-in, considerando diferentes filtros al espacio de parámetros, mostrando que la abundancia de Majorones encontrada es compatible con la densidad fósil de materia oscura conocida en el universo.
- ItemEspacio overspinning y singularidades en espacios BTZ(2023) Briceño Catalán, Matías Sebastián Camilo; Bañados, Máximo; Martínez, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicaEn 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.
- ItemOptical characterization of single molecules for quantum technologies(2025) Vera Castillo, Nicolás; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaIn 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.
- 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.