Maestría en Física

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    Asimetría bariónica del universo a través de Leptogénesis
    (Universidad Industrial de Santander, 2024-01-31) Cubides Pérez, Sergio Manuel; Rodríguez García, Yeinzon; Bernal Hernández, Nicolás; Jonez Pérez, Joel; Zapata Noreña, Óscar Alberto
    A razón de las observaciones realizadas al fondo cósmico de microondas, CMB y, también, las medidas de las abundancias primordiales de elementos ligeros como el Helio, el Deuterio, el Tritio, etc., se presenta una asimetría entre materia y antimateria que está caracterizada mediante la razón barión a fotón η = (6;12 ± 0;04) × 10^(−10). Debido a lo anterior, surge la necesidad de dar explicación a esa asimetría bariónica a partir de una generación dinámica de ésta. Respuesta que surge de modelos que requieren el cumplimiento las condiciones de Sakharov. Sucede, especialmente, que el Modelo Estándar de la física de partículas carece de respuestas para justificar la presencia de éste fenómeno, por lo que se requiere de la construcción de modelos que vayan más allá del Modelo Estándar. Por otra parte, el carácter masivo de los neutrinos implica, también, extensiones o modificaciones al Modelo Estándar que permitan dar cuenta de esto. Dentro de esas modificaciones, éste trabajo se centró en el estudio del modelo de Seesaw Tipo I. Con ello se vio que examinar la naturaleza propia de los neutrinos lleva a la existencia de modelos que, a su vez, pueden también dar una explicación a la asimetría materia-antimateria del Universo, dado que estos generan asimetría leptónica (Leptogénesis) que finalmente se puede convertir en la asimetría bariónica observada, a través de los esfalerones electrodébiles.
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    Efectos de arrastre de marcos en teorías modificadas de la gravedad con violación de paridad
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-08-05) Jaimes Espíndola, William Andrés; Rodríguez García, Yeinzon; Nieto Guerrero, Carlos Mauricio; Herrera Aguilar, Alfredo; Lora Clavijo, Fabio Duván
    Los recientes desarrollos en astronomía de multimensajeros han abierto la posibilidad de evaluar diversos fenómenos gravitacionales y sus predicciones provenientes tanto de Relatividad General (RG) como de teorías modificadas de la gravedad. Adicionalmente, en el contexto astrofísico, los objetos compactos siempre han sido sujetos de interés por ser laboratorios ideales para medir la gravitación en el régimen de campo fuerte. Por tal motivo, en este trabajo se estudia el fenómeno de arrastre de marcos producido por objetos compactos en las teorías de Horndeski, la teoría generalizada de Proca y la teoría generalizada de Proca SU(2). Éste es un efecto puramente relativista en el que el objeto compacto rotante distoriona el espaciotiempo ocasionando que observadores inerciales en caída libre se vean arrastrados, experimentando la aparición de una rapidez angular. Para encontrar las soluciones para este efecto se implementa el método de Hartle, un proceso que permite encontrar el arrastre de marcos generado por objetos compactos lentamente rotantes haciendo uso de las soluciones en el caso estático y esféricamente simétrico para los mismos objetos. El análisis de los resultados numéricos permite extraer información física relevante sobre el rol de los campos en la interacción gravitacional. De manera general, los resultados obtenidos muestran la existencia de características particulares para cada una de las teorías que las hace absolutamente distinguibles en caso de, a futuro, poder acceder a resultados observacionales del arrastre de marcos. Adicionalmente, el proceso llevado a cabo revela la necesidad de imponer restricciones en los parámetros libres de las teorías GP y GSU2P. Si bien en la literatura se han reportado cotas para los parámetros libres de las teorías a través de la admisibilidad física de soluciones estáticas y esféricamente simétricas, las aquí estimadas, usando las soluciones de arrastre de marcos, son más restrictivas, lo que muestra la necesidad de implementar este tipo de estudios en las diferentes teorías de gravedad. Finalmente, para la teoría GSU2P, se encontró la existencia de soluciones de objetos compactos constituidos únicamente de campos bosónicos vectoriales. Estos objetos, conocidos en la literatura como solitones, son de interés teórico por ser considerados imitadores de agujeros negros. Se encontró que este tipo de objetos no produce arrastre de marcos, lo que es un elemento muy distintivo de cara a resultados observacionales.
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    Estimacion de la respuesta generada por el detector mute al paso de particulas cargadas
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Vasquez Ramirez, Adriana Carolina; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Suárez Durán, Mauricio
    El Telescopio de Muones (MuTe) es un detector h´ıbrido compuesto por un Hodoscopio de Centelladores Pl´asticos (CP), para estimar la direcci´on de arribo de las part´ıculas; y un Detector Cherenkov de Agua (WCD), para diferenciar entre las componentes de las cascadas atm´osfericas extendidas (EAS). Las EAS son producidas por la interacci´on de los rayos c´osmicos con la atm´osfera terrestre. Las part´ıculas secundarias de las EAS se clasifican como la componente electromagn´etica (CEM), la mu´onica (CM) y la hadr´onica (CH). En este trabajo se presenta el trigger de detecci´on de muones propuesto para el MuTe. Para esto se simul´o la respuesta de los CP y se obtuvo que, muones de 3GeV deben generar m´as de 37 fotoelectrones en los fotosensores para ser detectados. La direcci´on de arribo de una part´ıcula se puede estimar si ´esta genera 37 fotoelectrones en dos barras centelladoras del panel frontal y luego en el panel trasero. Las simulaciones de la respuesta del WCD ante el flujo de fondo de rayos c´osmicos a nivel de la base del volc´an Cerro Mach´ın, arrojan el histograma de carga que presenta dos picos: el primero dominado por la CEM y el segundo por la CM . La respuesta del WCD se expresa en t´erminos de la unidad VEM (Mu´on Vertical Equivalente), que en este caso est´a alrededor de 203 fotoelectrones. La diferencia entre ambos picos, CEM∼0.024VEM y CM∼1.034VEM, permite estimar si la part´ıcula incidente es un mu´on. La metodolog´ıa empleada para el an´alisis del WCD, dio origen a la codirecci´on de un trabajo de pregrado donde se dise˜n´o el c´odigo para las simulaciones de los WCD de la colaboraci´on LAGO (Latin American Giant Observatory). Los resultados de las simulaciones presentadas se emplear´an en la calibraci´on del MuTe, que ha sido dise˜nado para realizar la muongraf´ıa de volcanes en Colombia.
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    Metodo electroquimico de base temporal, alternativo a la espectroscopia de capacitancia, para el estudio de la densidad de estados de sistemas redox
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Triana Camacho, Daniel Andrés; Miranda Mercado, David Alejandro; Meléndez Reyes, Ángel Manuel
    La capacitancia electroquímica es una cantidad termodinámica fundamental, relacionada con la acumulación de carga en una interfase conductor electrónico/conductor iónico. La técnica experimental usualmente utilizada para medir la capacitancia electroquímica es la espectroscopia de capacitancia que se basa en el procesamiento de medidas de espectroscopia de impedancia electroquímica. La espectroscopia de capacitancia ha permitido estudiar propiedades mecánico-cuánticas de moléculas electroactivas ancladas en monocapas depositadas sobre la superficie de un electrodo, las cuales han servido para la detección de proteínas y marcadores de enfermedades. En este trabajo de investigación se propone que los transitorios de corriente, los cuales resultan de imponer pulsos de potencial en una interfase conductor electrónico/conductor iónico, son una alternativa para determinar la capacitancia electroquímica. Como modelo para mostrar lo anterior se utilizó el par redox FeIII/FeII realizando medidas sobre un electrodo de platino. Debido a la gran cantidad de datos experimentales, se desarrolló una librería en python que permite obtener curvas de capacitancia para diferentes potenciales desde la espectroscopia de capacitancia y los transitorios de corriente. Comparando los resultados obtenidos a partir de los transitorios de corriente con las medidas convencionales de capacitancia se encontró que, las medidas de capacitancia en función del potencial pueden ser obtenidas a tiempos cortos de integración, donde la contribución de la corriente capacitiva es mayor que la corriente faradaica. La validación del método propuesto se realizó usando un circuito RC con valores conocidos de resistencia y capacitancia, y comparándolo con las medidas convencionales de espectroscopia de impedancia electroquímica.
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    Preparacion y caracterizacion de peliculas de hg(1-x)cd(x)se sobre titanio por electrodeposicion sometidas a recocido
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Gonzalez Camacho, Fabian Andres; Miranda Mercado, David Alejandro; Melendez Reyes, Angel Manuel
    Se estudió el mecanismo de deposición electroquímica de películas de Hg1−xCdxSe sobre titanio a diferentes temperaturas a partir de soluciones que contienen Hg2+, Cd2+, H2SeO3 y N a2SO4·10H2O. Los estudios electroquímicos se realizaron utilizando voltamperometría cíclica para determinar los procesos de reducción en función de la temperatura. Se determinó la influencia que tiene el proceso de recocido en atmósfera controlada, sobre las propiedades físicas de las películas de Hg1−xCdxSe . Las películas obtenidas, se caracterizaron antes y después del recocido, empleando microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de energía dispersiva por rayos X, difracción de rayos X de haz rasante, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X, reflectancia difusa, fotoluminiscencia y espectroscopía Raman. Se determinó que la temperatura de la solución, afecta la difusión de las especies en la interfase electrodo-electrolito y el potencial de deposición, por esto, a 40 ◦ C y a -0,65 V, las películas formadas son uniformes y adherentes al sustrato. Se determinó que las películas estaban compuestas de una sola fase, morfológicamente, las películas exhiben agregados globulares tipo “coliflor” y baja cristalinidad. El proceso de recocido, mejora la cristalinidad del material, pero no influye significativamente en las propiedades de emisión del material.
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    Propiedades electronicas de moleculas artificiales de tres puntos cuanticos acoplados lateralmente
    (Universidad Industrial de Santander, 2019) Gelvez Cortes, Adriana Lucia; Gutierrez Niño, Willian
    Se estudian teóricamente los estados energéticos de una nanoestructura bidimensional constituida por tres puntos cuánticos idénticos acoplados lateralmente, con un único electrón de conducción confinado en su interior, bajo campos eléctricos y/o magnéticos externos. Se consideraron dos modelos estructurales para los tres puntos cuánticos: uno triangular, en el cual los centros de los tres puntos se encontraban en los vértices de un triángulo equilátero y presentaba simetría C3; otro lineal, en el cual los centros eran colineales con simetría C2. Se realizó también una transformación topológica del sistema, desde la configuración lineal a la triangular. Se estudió el acople cuántico lateral variando la distancia entre los puntos, en las dos configuraciones planteadas. Este acople entre los puntos permitió la formación de estados moleculares, con carácter enlazante y anti-enlazante, como sucede en las moléculas naturales. En el caso triangular, se encontró que dependiendo de la separación entre puntos, el sistema exhibe una transición drástica en sus propiedades espectrales, porque el incremento de la separación transforma la estructura de simplemente conexa a una cadena de puntos cuánticos en forma de anillo. Además, para este caso los resultados muestran que la aplicación de un campo magnético orientado en la dirección de crecimiento da lugar a oscilaciones de tipo Aharonov-Bohm en la energía y, por lo tanto, favorece la aparición de corrientes entre los tres puntos, las cuales desaparecen si se aplica simultáneamente un campo eléctrico. En el caso lineal, el campo magnético no genera oscilaciones en la energía, y se encontró que el efecto del campo eléctrico es más fuerte, generando un número mayor de cruces y anticruces entre niveles.
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    Estudio de skyrmiones magnéticos en materiales antiferromagnéticos de red cuadrada
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-03-13) Ramos Salamanca, David Leonardo; Pujol, Pierre; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; García Castro, Andrés Camilo; Rosales, Diego
    Los skyrmiones magnéticos son texturas de espín similares a partículas que se forman en materiales magnéticos quirales. La topología no trivial de los skyrmiones les otorga una gran estabilidad y los convierte en candidatos prometedores para ser la base de nuevos dispositivos lógicos y de almacenamiento de información. Los skyrmiones magnéticos se han observado en muchos materiales ferromagnéticos y se ha predicho que existen en materiales antiferromagnéticos, pero aún no se han observado. Recientemente, ha habido un gran interés en los skyrmions antiferromagnéticos, ya que se han encontrado más adecuados para aplicaciones de almacenamiento de datos. Esto ha resultado en un esfuerzo por determinar las condiciones bajo las cuales se pueden formar skyrmiones antiferromagnéticos. En esta tesis, nos centramos primero en el estudio analítico del tamaño de skyrmiones ferromagnéticos aislados basados en un modelo continuo. Reproducimos el trabajo seminal de Belavin y Polyakov sobre skyrmions ferromagnéticos y mostramos cómo, para un conjunto particular de modelos solubles, las interacciones comunes presentes en los materiales ferromagnéticos quirales establecen una escala de tamaño óptima para los skyrmions de Belavin-Polyakov, que de otro modo no tendrían escala. Luego estudiamos numéricamente la escala de tamaño de skyrmions aislados que difieren ligeramente de los modelos analíticamente solubles para el ferromagnético de plano fácil Fe0.7Co0.3Si. Por último, presentamos un nuevo ansatz para perfiles demagnetización de skyrmiones aislados que reproduce el comportamiento de las soluciones numéricas. Posteriormente, centramos nuestra atención en los materiales antiferromagnéticos. Estudiamos numéricamente skyrmiones aislados en materiales antiferromagnéticos quirales con anisotropía de eje fácil en presencia de un campo magnético. Encontramos que hay una región del espacio de fase donde las soluciones aisladas de skyrmion tienen un tamaño finito y una energía más baja que la fase antiferromagnética. Además, observamos que los campos magnéticos aumentan la estabilidad de los skyrmiones antiferromagnéticos aislados. Además, utilizando simulaciones de Monte Carlo, confirmamos que existe una región del espacio de fase donde los skyrmiones antiferromagnéticos son configuraciones estables a temperaturas finitas incluso en ausencia de un campo magnético. Finalmente, observamos que los campos magnéticos aumentan el tamaño de los skyrmions antiferromagnéticos.
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    Evaluación de un modelo de campo carcinogénico usando análisis parenquimatoso
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-03-13) Hernández Durán, Angie Nicole; Pertuz Arroyo, Said David; Miranda Mercado, David Alejandro; Bautista Rozo, Lola Xiomara; Negrette Guzmán, Mario Felipe
    El análisis parenquimatoso ha mostrado un desempeño notable para la evaluación del riesgo de cáncer de mama, estableciéndose como una herramienta prometedora para esta tarea. Sin embargo, su principio de funcionamiento no es conocido aún. El efecto de campo carcinogénico es un fenómeno asociado con cambios genéticos y epigenéticos en grandes volúmenes de células, que las ponen en el camino de malignidad incluso antes de la aparición de signos reconocibles de cáncer. Este fenómeno se ha estudiado durante casi 70 años y la evidencia sugiere que puede inducir cambios en las propiedades bioquímicas y ópticas del tejido. En este trabajo exploramos la idea de que la cancerización del campo es el principio de trabajo subyacente del análisis parenquimatoso. Nuestra hipótesis es que los cambios genéticos y epigenéticos extendidos debido al campo carcinogénico tienen un impacto en la bioquímica de los tejidos mamarios, que luego se reflejan en los patrones parenquimatosos de las imágenes mamográficas. Para testear esta hipótesis, nuestro objetivo es comprobar si el efecto de cancerización de campo tiene repercusiones detectables a nivel mamográfico, mediante el análisis de las características parenquimatosas de la mama. Para probar esta idea, diseñamos un experimento in silico: Basándonos en la literatura sobre el efecto de campo carcinogénico, inicialmente propusimos un modelo que modifica las propiedades ópticas del tejido de una cohorte de 60 phantoms mamarios virtuales en 3D. Simulamos imágenes mamográficas de phantoms con y sin efecto de campo carcinogénico y evaluamos sus diferencias mediante análisis parenquimatoso. Específicamente, extrajimos 33 características de textura del área de la mama y analizamos sus diferencias estadísticas y equivalencia estadística utilizando la prueba t, la prueba de rangos con signos de Wilcoxon y la prueba de Kolmogorov-Smirnov. También realizamos una prueba de discriminación mediante análisis de regresión logística multinomial con regularización de Lasso. Esta investigación tiene como objetivo identificar los límites en los que se pueden detectar posibles alteraciones en el tejido mamario debido al efecto de campo carcinogénico a través del análisis parenquimatoso. Nuestros resultados pueden proporcionar evidencia para apoyar o rechazar la idea de que el efecto de campo carcinogénico es un principio de trabajo subyacente factible detrás del desempeño distintivo del análisis parenquimatoso en la evaluación de riesgo de cáncer de mama.
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    Análisis de aguas de producción mediante la combinación de las técnicas ionización y generación de spray en papel (IPS) y espectroscopia de plasma inducido por láser (LIBS)
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-09-20) Carreño Barrera, Carlos Albeiro; Hernández, Rafael Cabanzo; Carreño Díaz, Luz Ángela; Padilla Rueda, Diana Johanna
    Las aguas de producción contienen altas concentraciones de sales y otros compuestos, por eso es importante tener una técnica capaz de analizar muestras líquidas a altas concentraciones sin ninguna o mínima preparación de la muestra. Se estudió experimentalmente la atomización electrostática en papel conocida como Ionización y generación de Spray en papel (IPS) de salmueras y su aplicación en la producción de microgotas que son excitadas a través del acople de IPS con la técnica Espectroscopia de Plasma Inducido por Láser (LIBS), para obtener el análisis cuantitativo de estas soluciones. La técnica (IPS) permitió eliminar las dificultades asociadas a la interacción del pulso láser con la muestra líquida y la técnica LIBS aporto ventajas únicas como la capacidad de realizar mediciones rápidas, in situ, para hacer un análisis cuantitativo de aguas de producción. Mediante el acople de estas dos técnicas, LIBS- IPS, se realizó el análisis cuantitativo de aguas de producción, orina y suero sanguíneo de los elementos: Na, K, Mg y Ca. El análisis cuantitativo se realizó construyendo curvas de calibración de soluciones preparadas a partir de diferentes sales. Se obtuvieron las concentraciones con errores de entre en 0.03 al 10% en la mayoría de los análisis cuantitativos, y sin ninguna preparación previa de las muestras.
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    Propagación lenta de discontinuidades en ambientes de hidrodinámica y radiación en esferas relativistas
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Castañeda Godoy, Ludwin Fabián; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Ospino Zúñiga, Justo Hernán; Contreras Herrada, Ernesto José; Gutiérrez Piñeres, Antonio Calixto
    Los eventos explosivos estelares han sido analizados desde hace décadas, debido a que éstos pueden describir escenarios tan variados como explosiones de supernovas o estallidos de rayos gamma. Estos eventos extremos en Relatividad General pueden ser descritos mediante una superficie de discontinuidad que se propaga y a su vez separa dos regiones diferentes del espacio-tiempo. En la distribución material donde ocurre la explosión, se pueden producir cuatro diferentes superficies de discontinuidad, las cuales se clasifican como choques impulsivos, capas, ondas de choque y fronteras. Los cuatro diferentes tipos de superficie se caracterizan mediante dos parámetros: (ausencia) presencia de contenido material y (dis)continuidad de la velocidad de propagación. Se analizó el caso particular cuando la superficie divide una distribución material esféricamente simétrica descrita mediante un fluido anisótropo radiante. Las hipersuperficies que poseen un contenido material se modelaron para tres diferentes tipos de tensores de energía-impulso (fluido radiante, fluido perfecto y polvo). A partir de estos tipos de fluidos, se hallan las condiciones de acoplamiento que deben cumplir cada una de las cuatro superficies. Se demostró que a partir de las condiciones de acoplamiento que cumple un fluido radiante, se pueden hallar las condiciones para el caso de fluido perfecto y polvo. Por último, se analizó la evolución de la distribución material dentro de la aproximación cuasiestática o régimen de evolución lenta, con el fin de encontrar las restricciones que esta aproximación impone sobre la discontinuidad en las variables físicas.
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    Polarizabilidad eléctrica de nanoanillos semiconductores tipo-n
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Gelvez Hernandez, Rafael; Gutiérrez Niño, Willian; Duque Echeverri, Carlos Alberto; Miranda Mercado, David Alejandro
    En este trabajo se estudia el efecto de la anisotropía estructural de un anillo cuántico autoensamblado de InAs/GaAs sobre el espectro de energía, la polarización y la polarizabilidad eléctrica de una impureza donadora localizada en el interior del anillo, y en presencia de un campo eléctrico aplicado en el plano de crecimiento y de un campo magnético perpendicular a este plano. El sistema se ha modelado como un punto cuántico tridimensional en forma de volcán de altura no uniforme y la ecuación de Schrödinger se ha planteado en el marco de la aproximación de masa efectiva. Con el objetivo de reducir el problema tridimensional a uno bidimensional, hemos tomado ventaja de la aproximación adiabática para obtener un potencial adiabático en el plano de crecimiento y resolver la ecuación de Schrödinger mediante un método de elementos finitos bidimensionales. Nuestros resultados muestran que en un anillo anisotrópico sin impurezas es posible encontrar oscilaciones de Aharonov-Bohm de baja amplitud en la energía, pero ante la presencia de una impureza positivamente cargada dichas oscilaciones desaparecen completamente. De otra parte, este trabajo también pone de manifiesto la posibilidad de tener un pico agudo en la polarizabilidad eléctrica conjugando la existencia de anisotropía estructural junto con la presencia de una impureza donadora descentrada. Este comportamiento abrupto en los momentos dipolares eléctricos será un aspecto que verá reflejado en las probabilidades de transición entre niveles y por tanto en las propiedades ópticas al momento de estudiar QRs
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    Estrellas de neutrones en la teoría generalizada de Proca SU(2)
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-29) Martínez Lobo, Jhan Nicolás; Rodríguez García, Yeinzon; Rodríguez Ruiz, José Fernando; Rueda Hernández, Jorge Armando; Valenzuela Toledo, César Alonso
    La teoría generalizada de Proca SU(2) es una teoría modificada de la gravedad que involucra un campo vectorial con simetría global interna SU(2). Esta teoría sigue el mismo espíritu de las teorías de Horndeski ya que evita la inestabilidad de Ostrogradski. La construcción de la teoría se ve motivada por ejemplo en proporcionar una explicación, ausente en el modelo ΛCDM, sobre la naturaleza de la materia y la energía oscura. Las implicaciones de la teoría a escalas cosmológicas han sido estudiadas en otros trabajos. Más exactamente, se demostró que es posible obtener una propagación lumínica de las ondas gravitacionales en escalas cosmológicas al establecer una relación entre los parámetros libres. Además, se ha probado que la teoría genera expansión acelerada. Por lo anterior, es necesario estudiar las implicaciones físicas del modelo a escalas astrofísicas en el régimen de campo fuerte. Este trabajo constituye el comienzo de tal estudio. Para ello se analizó el caso con simetría esférica, utilizando como ansatz para los grados de libertad vectoriales el monopolo magnético de ’t Hooft-Polyakov. Primero, se estudiaron las soluciones construidas únicamente con el campo vectorial y los grados de libertad geométricos. Dichas soluciones no son singulares en el origen y son asintóticamente planas. Se encontró que éstas generalizan las soluciones tipo partícula encontradas por R. Bartnik y J. McKinnon de las ecuaciones de Einstein- Yang-Mills. Puesto que el campo vectorial no interactúa con la materia, dichas soluciones corresponden a estrellas oscuras de bosones, las cuales podrían contribuir al contenido de materia oscura del universo. Posteriormente, se introdujo materia bariónica y se procedió a considerar cada uno de los Lagrangianos constituyentes de la teoría. Se encontraron soluciones que modelan estrellas de neutrones únicamente para dos de estos Lagrangianos. En todos los casos las relaciones masa-radio y masa-densidad central de materia difieren del caso de Einstein. Se conjetura que estas soluciones podrían ser estables y se planea realizar un trabajo perturbativo.
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    Generación de nuevos modelos newtonianos de galaxias compuestos por discos delgados y halos esferoidales
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Santos, Yeison Fabián; Pimentel Díaz, Óscar Mauricio; González Villegas, Guillermo Alfonso; Ramos Caro, Javier Fernando; Rodríguez García, Yeinzon
    Se construyen dos nuevas familias de modelos tridimensionales newtonianos para galaxias. Los modelos se obtienen suponiendo que el potencial gravitacional satisface la misma ecuación para las condiciones de energía en los modelos de discos relativistas con halo presentados en González and Pimentel (2016). La primera familia de soluciones se obtiene aplicando el método “desplazamiento, corte y reflexion” a la solución de la ecuación de Laplace en coordenadas cilíndricas. La segunda familia de soluciones se obtiene utilizando las coordenadas esferoidales oblatas porque se adaptan a la forma de la fuente e introducen naturalmente un radio de corte para el disco. Las expresiones analíticas que describen las curvas de rotación y las distribuciones de masa en el disco y en el halo se calculan para los primeros tres modelos de la familia de las soluciones. Se muestra que las densidades de masa de los discos y de los halos presentan un máximo en el centro del sistema y llegan a cero en el infinito. Finalmente, las curvas de rotación obtenidas de las nuevas soluciones presentan una región plana para grandes valores de la coordenada radial, como se sugiere en las observaciones de galaxias espirales.
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    Estudio numérico de las inestabilidades magnetohidrodinámicas en un Tokamak esférico
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) López Durán, Jesús Eduardo; Chirkov, Alexei Yu; Orozco Ospino, Eduardo Alberto; Lora Clavijo, Fabio Duván; Ospina Ospina, Rogelio
    Los dispositivos toroidales basados en confinamiento magnético para propiciar las reacciones de fusión en un reactor termonuclear prometen ser la solución al problema energético mundial. Sin embargo, uno de los retos actuales consiste en mejorar las condiciones de estabilidad de la columna de plasma en el régimen de alto confinamiento, donde surgen un gran número de inestabilidades. Ejemplo de ello lo constituyen los modos de borde exterior que, al ser inestabilidades que se ubican en la periferia del plasma, promueven la fuga y al rápido enfriamiento del plasma. Estudios de nuevos escenarios que eviten o mitiguen estos fenómenos requieren que se establezcan límites de estabilidad basados en factores geométricos y de valores apropiados de campo. En este trabajo se presentan los resultados del estudio numérico de la dinámica 3D de 9 columnas de plasma connadas magnéticamente por tokamak esféricos aplicando la teoría MHD. Las condiciones de equilibrio en el instante inicial se establecen a través de la solución numérica a la ecuación de Grad-Shafranov; las cuales al someterse a perturbaciones muestran regiones de la columna en las que el plasma exhibe mayor inestabilidad dependiendo del perfil de presión empleado. También se analizo el equilibrio y la dinámica del plasma respecto a factores como la corriente del plasma y aspectos geométricos del D-shape como la triangularidad, encontrando que el corrimiento de Shafranov aumenta conforme la triangularidad disminuye, además, la configuración con triangularidad negativa reduce la formación de estructuras lamentadas propias de las inestabilidades de borde.
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    Estudio de las condiciones de aceptabilidad física en esferas polítropas anisótropas relativistas
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Suárez Urango, Daniel Felipe; Hernández Guerra, Héctor Froilán; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Contreras Herrada, Ernesto José; Fuenmayor di Prisco, Ernesto
    El análisis de la aparición y propagación de inestabilidades en modelos estelares ha sido tema de investigación por décadas. Solo aquellos modelos estables ante perturbaciones de sus variables termodinámicas pueden representar objetos reales de interés físico. Típicamente, las estrellas son modeladas como esferas hidrostáticas autogravitantes, suponiendo una ecuación de estado (EoS) y/o un perfil de densidad. En este trabajo se estudiaron condiciones de aceptabilidad física para esferas anisótropas estáticas en Relatividad General. El estudio se realizó considerando una EoS polítropa generalizada, P = κρ1+1/n + αρ − β, y dos estrategias para introducir la anisotropía en los modelos. La primera estrategia emplea un método heurístico que permite obtener configuraciones anisótropas como desviaciones de modelos isótropos. Las ecuaciones de LaneEmden se integraron numéricamente y se identificó la porción del espacio de parámetros que genera modelos físicamente aceptables. Los modelos polítropos son más estables cuando se considera la densidad de energía y desviaciones pequeñas en la anisotropía. La segunda estrategia consistió en un algoritmo para generar soluciones exactas a partir de una EoS barótropa y un ansatz para las funciones métricas. Empleando este procedimiento se obtuvieron dos modelos que cumplen con los criterios de aceptabilidad física. Algunos modelos polítropos anisótropos pueden tener velocidad del sonido tangencial singular, para índices polítropos mayores que uno, cuando esta estrategia es utilizada. La EoS polítropa generalizada está libre de esta patología en la velocidad del sonido tangencial.
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    Construcción de teorías escalar tensor cuadráticas degeneradas de orden superior
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Granados Hernández, Néstor Alberto; Nieto Guerrero, Carlos Mauricio; Rodríguez García, Yeinzon; Gallego Cadavid, Alexander; Guarnizo Trillers, Alejandro
    Con este trabajo de investigación se lleva a cabo la construcción de un tipo de teorías modificadas de la gravedad libres de inestabilidades de Ostrogradsky. En particular, se estudian las teorías escalartensor. Estas teorías representan extensiones de la gravedad de Einstein a través de la inclusión de un campo escalar con acoplamiento no mínimo. En la literatura se encuentra un análisis de las teorías escalar-tensor dentro del marco de las teorías no degeneradas, es decir, teorías cuyo determinante de la matriz Hessiana (cinética) es diferente de cero. Por lo tanto, se propone incrementar el espacio de teorías modificadas incluyendo los casos en los cuales hay degeneración, eludiendo así las condiciones del teorema de inestabilidades de Ostrogradsky. Desde una perspectiva fenomenológica, la ampliación del espacio de teorías escalar-tensor abre la posibilidad a nuevas y atractivas explicaciones a diferentes interrogantes abiertos en cosmología y astrofísica, e.g., la naturaleza de la energía oscura, materia oscura e inflación. Con estas motivaciones se construye el Lagrangiano más general con términos cuadráticos en la segunda derivada covariante del campo escalar, de donde se deriva el apelativo de teorías cuadráticas. En general, un Lagrangiano de este tipo reproduce ecuaciones de campo de orden superior a dos. Sin embargo, cuando se aplican las condiciones de degeneración, las ecuaciones se reducen a un sistema de segundo orden espacio temporal, evitando así la aparición de grados de libertad no físicos. De esta manera, se encuentra una clasificación de todas las teorías escalar-tensor degeneradas de orden superior (en las ecuaciones de campo) cuadráticas (en la potencia de las derivadas de campo en el Lagrangiano).