Doctorado en Física

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    Geodésicas en el espacio-tiempo de materia oscura autogravitante y su aplicación a la dinámica estelar alrededor del centro Galáctico
    (Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Becerra Vergara, Eduar Antonio ; González Villegas, Guillermo Alfonso ; Rueda Hernández, Jorge Armando ; Becerra Bayona, Laura Marcela ; Matos, Tonatiuh ; Guzmán Murillo, Francisco Shidartha ; Makler, Martin ; Olivares Sánchez, Héctor Raúl ; Lora Clavijo, Fabio Duván
    El movimiento de las estrellas alrededor del centro Galáctico muestra que el potencial gravitacional esta dominado por una fuente central de aproximadamente 4×10^6 M⊙, llamada Sagitario A* (Sgr-A*). Este objeto compacto es tradicionalmente asumido como un agujero negro (BH) masivo a pesar de que no existe una prueba unívoca de su presencia. Particularmente importante para la hipótesis del BH, y para cualquier modelo alternativo, es la predicción y explicación de la dinámica orbital de las estrellas más cercanas a Sgr-A*, denominadas estrellas S, principalmente el ajuste de los datos astrométricos de la estrella S2. Otro objeto relevante es G2, cuyos datos de observación más recientes desafían al escenario de un BH: su velocidad radial pospericentro es menor a la esperada para una órbita kepleriana alrededor del hipotético BH masivo. Como alternativa al escenario de un BH central, se propone un escenario que identifica la naturaleza del objeto compacto supermasivo como un núcleo denso de materia oscura (DM) compuesto de fermiones. Esta concentración de DM es predicha por el perfil núcleo denso - halo diluido obtenido a partir del modelo relativista de materia oscura Ruffini-Argüelles-Rueda (RAR), que también se ajusta con precisión a las curvas de rotación del halo Galáctico. Acá demostramos que el potencial gravitacional exclusivo de tal perfil de DM, para una masa de fermiones de 56 keV, explica: (i) todos los datos disponibles de la órbita y velocidad radial de S2, así como su corrimiento al rojo y la precesión relativista de su periapsis; (ii) los datos actualmente disponibles sobre la órbita y la velocidad de G2, incluido la desaceleración del pasaje pospericentro sin introducir una fuerza de arrastre u otros agentes externos, es decir, su movimiento es puramente geodésico; y (iii) todos los datos observacionales disponibles (posición y velocidad) de las 17 estrellas mejor resueltas que orbitan alrededor de Sgr-A*.
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    Espectroscopia de capacitancia electroquímica en la determinación de la afinidad de interacción de fármacos antimitóticos con β-Tubulina
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Corzo Mantilla, Sandra Patricia ; Miranda Mercado, David Alejandro ; Bueno, Paulo Roberto ; Frontana Vázquez, Carlos Eduardo ; Sharifker, Benjamín ; Vera López, Enrique ; Castillo León, John Jairo ; Mejía Ospino, Enrique
    Se diseñó, implementó y evaluó un sensor para cuantificar la interacción de fármacos antimitóticos con β-Tubulina, basado en la determinación experimental de la dureza química por Espectroscopia de Capacitancia Electroquímica (ECE). El sensor desarrollado utiliza como receptor β-Tubulina inmovilizada en una monocapa mixta de 11- ferrocenil-1-undecanotiol y ácido 16-Mercaptohexadecanoico autoensamblada sobre un sustrato de oro, el cual funciona como electrodo de trabajo en una celda electroquímica de tres puntas, junto con un electrodo de referencia de Ag/AgCl 3 [M ] y un contraelectrodo de platino. La evaluación del sensor se llevó a cabo midiendo el espectro de capacitancia electroquímica con diferentes concentra- ciones de tres fármacos antimitóticos ampliamente utilizados en el tratamiento de cáncer: Paclitaxel, Docetaxel y Epotilona B. La dureza química se obtuvo como el inverso de la distancia entre los cortes con las abscisas del las gráficas de Nyquist de capacitancia. Los datos obtenidos se parametrizaron, graficaron y analizaron por medio de algoritmos desarrollados en lenguaje Python y organizados en un Jupyter Notebook. Se calibró el sensor por medio de curvas analíticas construidas por dos métodos diferentes, para el primero se utilizó la dureza química y para el segundo, se definió la dureza química efectiva, con la cual, se logró reducir la dependencia de la medida del sensor de las condiciones de la superficie de interacción, mejorando su capacidad de detección. Se estimó la afinidad β-Tubulina - fármaco por medio de las isotermas de Freundlich. Los valores obtenidos para la constante de Freundlich están en el rango 28.20 [nM ] ≤ Kf ≤ 57.93 [nM ]. Se obtuvieron límites de detección LOD y cuantificación LOQ menores a 30 [nM ] y 97 [nM ] respectivamente.
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    Diseño y calibración de un telescopio de muones híbrido para estudios vulcanológicos
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Peña Rodríguez, Jesús ; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto ; Asorey, Hernán Gonzalo ; Ocariz, José ; Menchaca Rocha, Arturo ; Ávila Bernal, Carlos Arturo ; Miranda Mercado, David A. ; Meneses Fonseca, Jaime Enrique
    El MuTe es un telescopio de muones híbrido diseñado para realizar inspección de estructuras volcánicas mediante la técnica de muografía en Colombia. Esta tesis muestra el desa-rrollo del sistema electrónico de detección de Mute y su calibración. El instrumento se basa en la combinación de un hodoscopio de centelleo y un detector Cherenkov de agua. El hodoscopio se conforma de dos paneles centelladores de 900 píxeles que miden el flujo de partículas en 3481 direcciones con una resolución hasta de 32 mrad. El detector Cherenkov, compuesto de 1.7 m3 de agua y un fotomultiplicador de 8 pulgadas, mide la energía depositada de las partículas que cruzan el MuTe. Su rango de medición es de 50 MeV hasta 1.5 GeV con una resolución de 0.72 MeV. La medición del tiempo de vuelo de las partículas permite estimar su momento. El MuTe reduce las principales fuentes de ruido que afectan la muografía combinando las mediciones de energía depositada, tiempo de vuelo y momento. Las fuentes de fondo se generan por muones de baja energía que sufren de dispersión múltiple, la componente electromagnética de lluvias aéreas extensas, partículas múltiples que impactan el detector simultáneamente y partículas de trayectoria inversa.
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    Discos de acreción con magnetización alrededor de agujeros negros de Kerr
    (Universidad Industrial de Santander, 2020) Pimentel Díaz, Oscar Mauricio ; González Villegas, Guillermo Alfonso ; Lora Clavijo, Fabio Duván ; Font Roda, José Antonio ; García Martínez, Javier ; Rodríguez García, Yeinzon ; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto ; Rago Albujas, Héctor Enrique
    En la descripción magneto-hidrodinámica de sistemas astrofísicos usualmente se asume que los campos magnéticos son generados por corrientes de conducción. Sin embargo, la polarización magnética de la materia puede ser relevante en sistemas magnéticamente dominantes como discos de acreción, pulsares, magnetares, entre otros. En esta tesis se presenta por primera vez el sistema de ecuaciones conservativas de la GRMHD con polarización magnética y se calcula su estructura de valores propios. Estos resultados se implementan en el código CAFE para simular choques unidimensionales e inestabilidades de Kelvin-Helmholtz en fluidos diamagnéticos y paramagnéticos. Por otro lado, se presentan las primeras soluciones analíticas de discos de acreción magnéticamente polarizados alrededor de un agujero negro de Kerr, los cuales se evolucionan con el código Cosmos++ para estudiar su proceso de acreción. El estudio teórico y numérico realizado en este trabajo sobre la propagación de ondas y generación de inestabilidades en plasmas magnéticamente polarizados muestra que en fluidos diamagnéticos las ondas más rápidas se propagan con mayor velocidad que en fluidos paramagnéticos. Sin embargo, el estado inicial de plasmas paramagnéticos es más susceptible a formación de inestabilidades magneto-rotacionales y del tipo Kelvin-Helmholtz, y por lo tanto, a la amplificación de la energía magnética. Esto produce niveles de turbulencia magnética en procesos de acreción que podrían explicar la discrepancia actual entre simulaciones y observaciones de núcleos activos de galaxias.
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    Dinámica no adiabática en sistemas cuánticos abiertos excitados por fuentes de luz coherentes e incoherentes
    (Universidad Industrial de Santander, 2021) Calderón Mantilla, Leonardo Fabián ; Mikhailov, Ilia Davidovich ; Pachón Contreras, Leonardo Augusto ; Yuen Zhou, Joel ; Quiroga Puello, Luis ; Reina Estupiñán, John Henry ; Miranda Mercado, David Alejandro ; García Castro, Andrés Camilo
    Hace más de una década, las oscilaciones coherentes en los espectros no lineales de complejos fo-tosintéticos captadores de luz suscitaron un intenso debate sobre la existencia de efectos cuánticos no triviales en reacciones biológicas inducidas por luz. Las evidencias experimentales y teóricas señalan el papel crucial de los mo-dos vibracionales intramoleculares resonantes con brechas energéticas de estados excitónicos en la interpretación de las coherencias de larga duración observadas en los espectros bidimensionales de algunos complejos naturales y sin-téticos de captación de luz. Para el caso de iluminación por luz (solar) natural incoherente, en esta tesis se analizó la relevancia de estos modos vibracionales intramoleculares en dímeros vibrónicos recolectores de luz. El análisis de la dinámica de la matriz de densidad revela que la inclusión de modos vibracionales intramoleculares refuerza hasta un orden de magnitud la coherencia en la base de excitones, y puede aumentar las poblaciones de estados de exci-tones individuales de menor energía, así como las poblaciones y coherencias en la base de sitios. En claro contraste con el caso de la preparación del estado inicial por fuentes de luz coherentes (láser), el estado térmico inicial de los modos vibracionales locales y del modo vibracional anticorrelacionado evoluciona sin correlaciones no clásicas. Esto se confirma por la ausencia de valores negativos en su distribución de cuasi-probabilidad en el espacio de fase para todo tiempo. Por lo tanto, el transporte de energía en los complejos recolectores de luz en condiciones de iluminación natural no es impulsado por procesos vibracionales intramoleculares no clásicos.