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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física Experimental [ 11 tesis ]

Lantos, Federico Esteban. "Contribución al estudio de la industria del caucho" (1956) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Martínez, Oscar Eduardo. "Generación de pulsos ultracortos con acople perfecto de modos por una doble modulación pasiva en láseres sólidos" (1981) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Elvira, Víctor Daniel. "Medición de la sección eficaz diferencial inclusiva de jets en colisiones pp a raíz cuadrada de s = 1.8 TeV con el detector DO" (1995) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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López Pumarega, María Isabel. "Estudio de la emisión acústica generada por deformación en tubos, sus fuentes y características" (1999) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En el presente Trabajo de Tesis, se diseñó e implementó un sistema experimental para estudiar la Emisión Acústica (EA) producida durante la deformación triaxial de probetas en forma de aros. Se construyeron todos los componentes necesarios para los ensayos. Se diseñaron y construyeron distintos tipos de probetas, cortadas transversalmente de tubos de acero microaleado sin costura, usados en la industria petrolera, a fin de inducir distintas fuentes de EA (deformación, creación y propagación de fisuras, rotura de la capa de óxido). Se caracterizaron química, mecánica y metalográficamente los materiales de las probetas ensayadas. Las superficies de rotura de los materiales empleados, fueron observadas en un microscopio electrónico de barrido (MEB), identificándose los distintos tipos de fractura. Se realizaron 22 ensayos, sirviendo los 10 primeros, para poner a punto todo el sistema de medición, eligiéndose los parámetros óptimos. Se logró caracterizar cada tipo de probeta por el comportamiento medio de los parámetros Amplitud, Duración y Risetime de las señales de EA, obteniéndose una clara separación en "clusters". Esto permitiría en ensayos en campo sobre tubos similares, hacer una identificación general de las posibles fuentes de EA. No se encontró un comportamiento temporal definido en la evolución de los parámetros de las señales de EA, a medida que avanzaba cada ensayo. Estadísticamente se demostró que dentro de cada tipo de probeta, los ensayos son réplicas entre sí. Se calcularon los coeficientes de correlación entre los tres parámetros de las señales de EA, para todos los ensayos, encontrándose la mayor correlación entre la Amplitud y la Duración. Para cada ensayo, se estudiaron estadísticamente las distribuciones de los parámetros Duración, Risetime y Amplitud. No encontrándose una única función de distribución que ajustase todos los histogramas experimentales de los dos primeros. En el caso de la Amplitud, primero, de acuerdo a la ley potencial, se obtuvieron valores del exponente comprendidos entre los citados en la literatura publicada. Luego, se encontró que una única función de distribución ajustaba todos los histogramas experimentales, dicha función fue la Log-normal, que ya aparecía citada en la literatura publicada. Buscando alguna explicación física al hecho anterior, se analizó primero la influencia del sistema de detección, demostrándose que el transductor piezoeléctrico de banda ancha empleado para recoger la EA producida, mantiene la linealidad entre la amplitud de los impulsos mecánicos incidentes en el sensor (deformación de la superficie del material) y la amplitud de las señales eléctricas salientes (Amplitud de las señales de EA). Luego, se demostró, teniendo en cuenta el comportamiento estadístico de los fenómenos físicos involucrados, que las amplitudes de las deformaciones dentro del material obedecen a una distribución Log-normal. Teniendo en cuenta la linealidad del sistema de registro de la EA, se concluyó que las Amplitudes de las señales de EA deben seguir la misma distribución Log-normal. Por último, se hacen algunos comentarios destinados a relacionar dos fenómenos que aunque ocurren a escalas muy diferentes, parecen responder a la misma dinámica, la E A a escala microscópica, y los terremotos a escala varios ordenes de magnitud mayor. Finalmente, se sugiere para estudios posteriores, la aplicación de los nuevos conceptos como criticalidad auto-organizada, fractales y ruido 1/f al fenómeno de la Emisión Acústica.

Méndez, Jorge Manuel. "Generalización de resonancia estocástica" (2004) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se estudian algunos aspectos de la codificación de información en sistemas excitables en entornos ruidosos. Es interesante entender la interacción entre la estructura determinista y la acción del ruido. En particular, se estudia un sistema excitable que bajo la acción del ruido tiene dos tiempos característicos. Se analiza la acción cooperativa entre estas escalas de tiempo inducidas por ruido y la escala de tiempo introducido exteriormente a través de un forzado periódico de una de sus variables. Esto lleva a una generalización del concepto habitual de resonancia estocástica. Además, se estudia la existencia de excitabilidad en dos sistemas láser, focalizando especialmente en el láser de semiconductores realimentado ópticamente. Este sistema presenta caídas en la intensidad que son identificadas como los eventos del sistema excitable (pulsos). Al medir un observable típico de los sistemas excitables, el histograma de tiempos entre eventos, se identificó que el mismo era bimodal. Estos dos tiempos característicos de respuesta pueden ser comprendidos en términos de un modelo dinámico en el entorno de una bifurcación de codimensión dos y puede ser utilizado como sistema experimental para el análisis de las interacciones entre las escalas de tiempo intrínsecas inducidas por ruido y las introducidas externamente.

Abstract:
In this thesis, some aspects of the codification of information of excitable systems in noise environment have been studied. It is interesting to understand the interaction between the deterministic structure and the noise-induced time scales and other externally introduced by a periodic forcing of one of its variables has been analyzed. This has driven to a generalization of the usual concept of the stochastic resonance. Furthermore, the existence of excitability in two laser systems has been explored, with focus on the semiconductor laser with optical feedback. This system has drops in the laser output intensity that can be identified as the events of the excitable system (pulses). Besides, two characteristic times have been identified in the inter-event time histogram, which is typical observable of the excitable systems. These two response times can be understood by means of a dynamical model in the vicinity of a codimension two bifurcation point and it can be used as an experimental system for studdind the interaction between two noise induced characteristic times and other externally introduced.

Acuña, Leandro Marcelo. "Conductores mixtos nanoestructurados para electrodos de celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En el presente trabajo de tesis doctoral se estudiaron propiedades morfológicas, estructurales y eléctricas de óxidos nanoestructurados para ser empleados como electrodos en celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia (IT‐ SOFCs). En particular, se estudiaron soluciones solidas nanoestructuradas de ZrO2‐CeO2 aplicables como ánodo y nanopolvos de cobaltitas de La0,6Sr0,4CoO3‐δ y Sm0,5Sr0,5CoO3‐δ (LSC y SSC, respectivamente) aplicables como cátodo en este tipo de dispositivos. Se sintetizaron polvos nanoestructurados homogéneos en composición de ZrO2‐CeO2 en el rango de composiciones de 50 ‐ 90 % molar CeO2 empleando los métodos de gelificación‐ combustión, complejación de cationes y mojado de poros de membranas poliméricas para la síntesis de nanotubos. Para la síntesis de los polvos de LSC y SSC se emplearon los métodos de complejación de cationes, liofilización y gelificación‐combustión. La morfología de los productos sintetizados se estudió por medio de microscopía electrónica de barrido y de transmisión (SEM y TEM) y análisis de área superficial específica (BET). Los estudios sobre las propiedades estructurales se realizaron por medio de las técnicas de difracción de rayos‐X y espectroscopía de absorción de rayos‐X empleando radiación sincrotrón (DRX‐RS y XAS, respectivamente). El estudio del rendimiento electrocatalítico de cátodos de película gruesa preparados a partir de polvos nanoestructurados de LSC y SSC se realizó en celdas simétricas mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). En el caso del sistema ZrO2‐CeO2 los estudios realizados permitieron determinar la influencia del tamaño nanométrico de las cristalitas en las propiedades estructurales de los nanomateriales. En particular, a partir de los estudios por DRX‐RS se construyó un diagrama de fases metaestables para polvos nanoestructurados de ZrO2‐CeO2 homogéneos en composición. Por otro lado, mediante la técnica de XAS se pudieron hallar modelos de orden local para el Zr a partir de los cuales fue posible proponer mecanismos de retención de las fases de alta temperatura a temperatura ambiente en forma metaestable. Estudios de XAS in situ en atmósfera reductora permitieron establecer la relación entre morfología y estado de oxidación del Ce. Por otra parte, con el objeto de obtener morfologías controladas de alta área especifica, se reportó por primera vez la síntesis de nanotubos de ZrO2‐CeO2. Se demostró por primera vez la retención de la fase cúbica de alta temperatura de LSC a temperatura ambiente en polvos nanoestructurados. Los estudios electrocatalíticos indicaron que los cátodos nanoestructurados preparados con nanopolvos de LSC o SSC presentaron un rendimiento muy superior al de los cátodos microestructurados. Se determinó que el proceso limitante en los cátodos nanoestructurados es el de difusión de O2- en el material. Además, los cátodos nanoestructurados presentan mayor difusividad de aniones O2-. Los estudios realizados demostraron que los materiales nanoestructurados presentan características morfológicas, estructurales y eléctricas que los convierte en muy buenos candidatos para ser aplicados como electrodos en IT-SOFCs.

Calvar, Jorge Andrés. "Espectroscopia de hidrógeno por resonancia magnética en resonadores clínicos y químicos de alto campo. Estudio de caracterización y seguimiento de tumores cerebrales" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La espectroscopia por resonancia magnética (ERM) es una técnica que utiliza las propiedades magnéticas de los núcleos y moléculas para estudiar estructuras químicas. Una de sus aplicaciones es brindar información metabolómica de tejidos y soluciones. En particular, la ERM clínica permite analizar el metabolismo de los tejidos “in-vivo”, sin interferir con los procesos bioquímicos de los mismos. En este trabajo de tesis, se analizó la utilidad de la ERM de alto campo en la clasificación y caracterización de tumores gliales cerebrales y el valor de la ERM clínica en el análisis de la evolución de los tumores gliales. Siendo la ERM clínica una técnica de adquisición de espectros muy dependiente de la ubicación, tamaño de la lesión y la homogeneidad de campo, la primera parte del estudio consistió en analizar distintos métodos de cuantificación de espectros clínicos en tumores cerebrales, teniendo en cuenta estas variables y el tiempo de adquisición. Este análisis permitió establecer que para el análisis cuantitativo, un método paramétrico con una base de metabolitos individuales es más fiable y estable que uno con una base modelada con Lorentzianas-Gaussianas puras. Además, se estimó el tiempo mínimo necesario de adquisición de un espectro clínico que se quiera cuantificar a partir del espectro sin cancelación del agua. En el caso de una clasificación cualitativa se vio que existe un número fijo de adquisiciones a partir del cual el espectro no cambia significativamente. Siendo hoy la ERM de alto campo con HR-MAS (High Resoution Magic Angle Spinning) una técnica muy utilizada en el estudio metabólico de tejidos, en particular de tumores, se analizó la posibilidad de caracterizar tumores gliales con un equipo de alto campo sin la facilidad de HR-MAS. Aquí, a través de una técnica de preparación sencilla y repetitiva, se consiguió adquirir espectros de muy buena calidad y obtener patrones de espectros que clasifican los tumores, tanto por su anatomía patológica como por su genética, los dos métodos de referencia en la clasificación tumoral actual. En particular con el gen IDH1, un nuevo e importante marcador en tumores gliales asociado con la sobrevida de los pacientes, se identificó una clara relación cualitativa entre metabolitos. Se detectó además la presencia de 2-hidroxiglutarato (2HG) en los espectros, producto de la mutación IDH1. Las conclusiones de este trabajo con ERM de alto campo se utilizaron en un análisis retrospectivo con espectros clínicos de bajo campo. Conocida la limitación de la ERM clínica en la clasificación de tumores cerebrales, se analizó su utilidad en el seguimiento de tumores gliales de distintos niveles de agresividad. Del análisis no fue posible establecer por ERM un patrón de comportamiento definido de los tumores menos agresivos. En particular y de considerable importancia, la ERM no permite identificar claramente cuando un tumor va a malignizar y progresar. Sin embargo, sí permite definir cuando el tumor responde al tratamiento al cambiar el patrón del espectro a menos agresivo o mantenerse estable. Finalmente, se analizaron los cambios necesarios en la planificación y adquisición para hacer reproducibles y comparables los espectros en estudios clínicos longitudinales como los de tumores cerebrales.

Abstract:
Magnetic resonance spectroscopy (MRS) is a technique that uses the magnetic properties of nuclei and molecules to study chemical structures. One of its applications is to provide metabolomic information of tissues and solutions. In particular, the clinical MRS allows analyzing the metabolism of different tissues "in vivo", without interfering with their biochemical processes. In this thesis, the usefulness of high-field MRS in the classification and characterization of glial brain tumors and the clinical value of MRS in analyzing the evolution of glial tumors, are examined. As a clinical MRS acquisition is a technique highly dependent on the location and size of the lesion and on field homogeneity, the first part of the study consisted in the analysis of different methods for quantifying clinical brain tumor spectra, taking in account these variables and the acquisition time. This analysis established that for a quantitative analysis, a parametric method with a database of individual metabolites is more reliable and stable than modeling with plain Lorentzian-Gaussian functions. It also established the minimum time necessary to acquire a clinical spectrum, given a quantification method, from the spectrum without water cancellation. In the case of a qualitative classification, it could be established that a fixed number of acquisitions exists, after which the spectrum does not change significantly. Nowadays being high-field MRS with HR-MAS (High Resolution Magic Angle Spinning) a technique widely used in metabolic studies of tissues, including tumors, we examined the possibility of characterizing glial tumors with a high-field spectrometer without the HR-MAS facility. Thus, by using a simple and repetitive preparation technique, it was possible to obtain good quality spectra and find spectral patterns that classify tumors according its pathological anatomy and its genetics, the two reference methods currently used for ranking tumors. In particular with the IDH1 gene, an important new marker in glial tumors associated with patient survival, a clear qualitative relationship was identified among metabolites. Also, the presence of 2-hydroxyglutarate (2HG), a product of IDH1 mutation, was detected in the spectra. We also used the findings of this high-field study in a retrospective analysis of clinical low-field spectra. Knowing the limitation of MRS in the clinical classification of brain tumors, their usefulness in monitoring progression in glial tumors of different levels of aggressiveness was then analyzed. This showed that a defined behavior pattern could not be established by MRS in the less aggressive tumors. In particular and quite importantly, MRS does not clearly identify when a tumor will become malignant and grow. However it does allow defining when the tumor responds to treatment by changing the pattern of the spectrum to a less aggressive one or remaining stable. Finally, an analysis is made of the necessary changes required in the planning and acquisition of spectra in clinical MRS, to make them reproducible and comparable in longitudinal clinical studies as those used for brain tumors.

Martínez Heimann, Diego. "Reacciones nucleares de fragmentación con proyectiles débilmente ligados" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
A partir de la disponibilidad de instalaciones capaces de producir haces radiactivos, gran parte de las actividades dentro del marco de la física nuclear experimental y teórica han sido orientadas al estudio de reacciones con núcleos en zonas alejadas del denominado valle de estabilidad. Al mismo tiempo, la existencia de ciertos núcleos estables pero débilmente ligados, con muchas características similares (como ser por ejemplo el bajo umbral de energía de separación), brinda la posibilidad de estudiar este tipo de mecanismos con la ventaja adicional de poder ser producidos en forma más sencilla y con flujos de mayor intensidad. Entre los distintos mecanismos que pueden tener lugar en las interacciones con núcleos inestables o débilmente ligados, el proceso de quiebre o breakup resulta de particular interés por diversos motivos. Dentro del área de astrofísica nuclear, se ha propuesto que el estudio del mecanismo de breakup de núcleos livianos permitiría la determinación de secciones eficaces de captura radiativa a través del proceso inverso. Por otro lado, en el contexto de la física de reacciones en general, el interés está puesto en entender, no solo los mecanismos que dan lugar a este tipo de procesos por la comprensión del fenómeno en sí mismo, sino que también se halla abierta una discusión acerca de la influencia que el canal de breakup posee sobre la probabilidad de ocurrencia de otros canales de reacción, como por ejemplo los mecanismos de fusión. En la actualidad existe escasa información experimental directa sobre secciones eficaces de breakup obtenida en forma exclusiva, es decir, a través de la detección en coincidencia de las partículas producto de la reacción; gran parte de los resultados que se encuentran disponibles parten de extrapolaciones realizadas en base a resultados obtenidos sobre otros mecanismos de reacción. En este sentido, la medición directa del canal de breakup en distintos sistemas y la interpretación de los resultados en forma conjunta con la de otros procesos es de la mayor importancia y actualidad dentro de la física de reacciones nucleares. En el presente trabajo se describe el desarrollo de un conjunto de procedimientos, tanto a nivel de dispositivos de detección como de programas y procesos de análisis de datos, aptos para la determinación de secciones eficaces absolutas de reacciones de breakup a través de mediciones exclusivas. Los proyectiles estudiados en este caso consistieron en los núcleos débilmente ligados de litio 6 y 7 sobre blancos de samario 144. Se describe el desarrollo de las técnicas experimentales de detección en coincidencia y los procesos de reducción de datos necesarios para la selección de eventos de breakup y se detalla el desarrollo de un programa de simulación de reacciones de quiebre, necesario para el análisis de la eficiencia de los sistemas de detección y el cálculo de secciones eficaces absolutas. Para el caso de proyectiles de litio 6 se obtuvieron secciones eficaces absolutas para el proceso de quiebre resonante (a través del primer estado excitado del proyectil) y directo. Para el primero de estos mecanismos, los resultados fueron comparados con las predicciones obtenidas a través de un modelo clásico dinámico de simulación hallándose una buena coincidencia entre ambos. Se observó que la sección eficaz de reacción disminuye con la energía de bombardeo al atravesar el valor de la barrera de repulsion coulombiana. Para los resultados del proceso directo se propuso el uso del código de simulación como herramienta adicional del análisis de datos, que permitió estimar un umbral superior de energías relativas medidas de 300 keV. Se encontró evidencia de una fuerte presencia para ambos sistemas de un proceso de dos etapas, en particular, la transferencia de un neutrón seguida de breakup para el cual fueron calculadas secciones eficaces absolutas de reacción. Se encuentra actualmente en estudio la adaptación de los códigos de simulación para este tipo de procesos y su comparación con predicciones teóricas. Para el caso de proyectiles de litio 7, la tasa de producción encontrada para el caso de quiebre directo (en tritios y partículas α) resultó insuficiente para determinar su probabilidad de ocurrencia.

Abstract:
The recent availability of facilities capable of producing radioactive beams has motivated that an important part of the activities of both experimental and theoretical nuclear physics is currently oriented towards the study of reactions involving nuclei far away from stability. Simultaneously, the existence of stable but weakly bound nuclei that share multiple characteristics (like low breakup threshold energies) gives the possibility of studying these type of mechanisms with the additional advantage of easier beam production and higher intensity fluxes. Breakup reactions are of particular interest amongst the multiple processes that can occur with unstable or weakly bound nuclei for various reasons. In the context of nuclear astrophysics it has been stated that the study of the breakup mechanism could allow for the determination of radiative capture cross-sections through the inverse process. On other hand, in the nuclear reactions frame the interest is placed in understanding not only the pure mechanisms that generate these processes but also a debate is still open regarding the influence that the breakup channel has over the occurrence of other reaction mechanisms, such as fusion processes. There is currently not much direct information regarding breakup cross sections obtained in exclusive experiments (i.e. through the coincidental detection of the particles produced in the reaction). Information typically available come from extrapolations made from results obtained in measurements performed over some other reaction channel. In this context, direct determination of breakup processes and the results interpretations in connection with other reaction mechanisms is of the most importance and relevance in the field of nuclear reactions. In the present work, the development of a set of procedures is described involving both experimental techniques as data analysis methods useful for absolute cross-sections determination in breakup reactions through exclusive measurements. The projectiles used in this case were 6Li and 7Li bombarded on 144Sm targets. The development of the experimental techniques required for coincidence measurements is described. The data reduction processes needed for breakup events discrimination and coincidental efficiency determination is also detailed. For the 6Li case, absolute cross-sections have been obtained for the resonant process occurring through the projectile first excited state and also for the non resonant mechanism. In the former, results were compared with predictions obtained through a classical dynamical model simulation finding a good match between the results. Experimental cross-sections decrease with bombarding energy for energies above and below the coulomb barrier. For the non-resonant process, the use of the simulation code as an additional tool in the data analysis stage allowed for the determination of an upper threshold of measured relative energies of around 300 keV. Evidence has been found for both reaction systems of a two-stage process, namely one-neutron transfer followed by breakup. Absolute cross-sections were calculated for both cases. Currently, the adaptation of the simulation code is under analysis in order to establish comparations with theoretical predictions. For 7Li projectiles the yield for direct breakup in 3H plus alpha particles turned out to be too low to measure experimentally.

Wundheiler, Brian. "Rayos cósmicos con energías entre 1E17 y 1E19 eV" (2013-03-25) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los rayos cósmicos llegan a la Tierra con un espectro de energía que cubre varios órdenes de magnitud. Su flujo sigue una ley de potencias, yendo de unos cientos de impactos por m2 por segundo a bajas energías (E ~ 10^9 eV) a unos pocos por km2 por siglo a las energías más extremas (E ~ 60 EeV). Si bien a partir de E ~ 10^11 eV el flujo decae con un índice espectral cercano a -3, a altas energías el espectro tiene zonas características donde se han medido variaciones respecto de este comportamiento: la “rodilla” (~ 4 x 10^15 eV), la aún imprecisa “segunda rodilla” (0,05 < E < 0,5 EeV), el “tobillo” (~ 3 EeV) y el “corte GZK” (~ 40 EeV). Se supone que hasta energías del orden de 10^15 eV, las fuentes de rayos cósmicos son de origen galáctico. Los aceleradores galácticos teóricamente se tornan ineficientes entre 10^15 y 10^18 eV. Se cree que las fuentes extragalácticas comienzan a contribuir al flujo en esta zona del espectro y su aporte podría producir cambios en el mismo. Estudios de composición en el rango de la segunda rodilla y del tobillo son de vital importancia para entender la transición de fuentes galácticas a extragalácticas. Los parámetros físicos más relevantes para estudios de composición, son los perfiles longitudinales y el número de muones presentes en los chubascos cósmicos. El Observatorio Pierre Auger fue originariamente diseñado para observar rayos cósmicos por encima de 10^18 eV, cuenta con la capacidad de registrar datos en forma híbrida, utilizando detectores de superficie y de fluorescencia a la vez. Terminada su construcción en 2008, se inició una segunda fase con la puesta en funcionamiento de HEAT (High Elevation Auger Telescopes), y con la construcción de AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array), entre otros. Estos desarrollos apuntan tanto a mejorar la calidad de las observaciones, como a extender el rango de detección en energía para incluir la región del tobillo y de la segunda rodilla. El diseño de AMIGA está integrado por pares de detectores formados por un detector de superficie, como los instalados en el Observatorio Auger, más un contador de muones de 30m2 enterrado en sus cercanías a 2,25m de profundidad. Contará con un total de 85 pares de detección distribuidos en dos redes triangulares, separados por 433 y 750 m. Este trabajo se centra en el Detector de Muones de AMIGA. Su objetivo principal es aportar información sobre el contenido muónica de las cascadas de partículas secundarias que se generan tras el impacto de la partícula primaria en la atmósfera. Se presentará un estudio detallado del diseño del Detector, así como su caracterización experimental. Se analizarán los primeros datos de los detectores instalados en el Observatorio, y de las primeras lluvias de rayos cósmicos registradas en conjunto por los sistemas de fluorescencia, de superficie y de muones. Se presentará un modelo fenomenológico que posibilita la completa simulación del Detector de Muones. Se desarrollarán y analizarán las estrategias de conteo que habilitan el empleo del Detector como Contador de Muones.

Abstract:
Cosmic rays hit the Earth with an energy spectrum covering several orders of magnitude. Its flow follows a power law, ranging from a few hundred hits per m2 per second at low energies (E ~ 10^9 eV) to a few per km2 per century at extreme energies (E ~ 60 EeV). While from E ~ 10^11 eV the flow decays with an spectral index close to -3, at highest energies the spectrum has areas where variations of this behavior have been measured: the “knee” (~ 4 x 10^15 eV), the still vague “second knee” (0,05 < E < 0,5 EeV), the “ankle” (~ 3 EeV), and the “GZK cut” (~ 40 EeV). It is assumed that up to energies of about 10^15 eV, cosmic-ray sources are of galactic origin. Galactic accelerators theoretically become inefficient between 10^15 and 10^18 eV. It is believed that extragalactic sources begin to contribute to the flow in this region of the spectrum and its contribution could produce changes in it. Composition studies in the range of the second knee and the ankle are vital to understanding the transition from galactic to extragalactic sources. The physical parameters most relevant to composition studies are longitudinal profiles and the number of muons present in cosmic showers. The Pierre Auger Observatory was originally designed to observe cosmic rays above 10^18 eV, has the ability to record data in hybrid form, using surface detectors and fluorescence simultaneously. After completion in 2008, a second phase began with the commissioning of HEAT (High Elevation Auger Telescopes), and the construction of AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array), among others. These developments point to both improve the quality of the observations, as to extend the energy range of detection to include the region of the ankle and the second knee. The AMIGA design consists of detector pairs formed by a surface detector, as those installed in the Auger Observatory, plus a 30m2 muon counter buried in its vicinity at 2,25m deep. It will have a total of 85 pairs of detectors distributed in two triangular arrays, separated by 433 and 750 m. This work focuses on the AMIGA Muon Detector. Its main purpose is to provide information about the muonic content of secondary-particle cascades that follow the impact of the primary particle in the atmosphere. A detailed study of the Detector design and its experimental characterization will be presented. The first data set from the Observatory will be analyzed, as the first cosmic rays showers recorded jointly by the Fluorescence, Surface and Muon Detectors. A phenomenological model that enables a full simulation of the Muon Detector will be presented. Counting strategies that allow the Detector to be used as a Muon Counter will developed and analyzed.

Rodríguez Imazio, Paola Carolina. "Transporte anisótropo de escalares pasivos en turbulencia rotante" (2014) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Un escalar pasivo es un contaminante difusivo presente en un fluido con un grado de concentración tan pequeño que no produce un efecto dinámico en el campo de velocidad. Aerosoles, contaminantes en pequeñas concentraciones en la atmósfera y los océanos, elementos químicos en el interior de las estrellas, o bajo ciertas aproximaciones pequeñas fluctuaciones en la temperatura de un fluido son ejemplos de escalares pasivos. La correcta comprensión de la dinámica de estas magnitudes es relevante para muchas aplicaciones, pero también tiene implicancias importantes en el entendimiento general de la turbulencia. Por este motivo, muchos estudios de escalares pasivos se concentraron en el caso de flujos turbulentos isótropos y homogéneos, aunque en flujos geofísicos, astrofísicos e industriales muchas veces la presencia de fuerzas externas introduce anisotropías en el campo de velocidad que no pueden despreciarse. En esta tesis se presenta un estudio detallado de la advección, el mezclado y la difusión de escalares pasivos en flujos turbulentos rotantes, con y sin helicidad neta. La rotación está presente en muchos flujos en la atmósfera, mientras que se cree que la helicidad (una magnitud conservada por un fluido ideal, asociada a la ruptura de simetría de reflexión en el flujo) es relevante en algunos fenómenos como las tormentas rotantes convectivas. Para caracterizar la advección de los escalares pasivos en el campo de velocidades turbulento, se estudian sus leyes de escala y el desarrollo de anisotropías en el espacio espectral, y en el espacio real usando una descomposición axisimétrica para las funciones de estructura de la velocidad y el escalar pasivo. En el caso rotante no helicoidal, confirmamos que el escalar pasivo es más anisótropo que el campo de velocidad y observamos que su espectro de potencias sigue una ley espectral consistente con un espectro V (k┴) ~ k┴−3/2. En el caso helicoidal, observamos que las leyes de escala son consistentes con un espectro mas empinado para la energía, y menos empinado para el espectro de varianza escalar. Ambos casos se explican con argumentos fenomenológicos que consideran el efecto de la rotación y de la helicidad. La intermitencia del escalar pasivo y del campo de velocidad se caracteriza usando exponentes de escala y funciones de densidad de probabilidad de los incrementos de la velocidad y el escalar pasivo. En presencia de rotación, mostramos que los exponentes de escala pueden ser correctamente predichos usando el modelo de Kraichnan en dos dimensiones. Esta reducción en la dimensionalidad efectiva del problema está asociada a la fuerte anisotropía en la distribución espacial del escalar pasivo. Finalmente, estudiamos y medimos en simulaciones numéricas la difusión turbulenta de escalares pasivos en flujos con y sin rotación y con y sin helicidad neta, y calculamos coeficientes efectivos de transporte usando las leyes de difusión de Fick. Para los flujos rotantes, los coeficientes se calculan en las direcciones paralela y perpendicular al eje de rotación para tener en cuenta la anisotropía en el mezclado y transporte turbulento. Se varían también los números de Rossby y de Schmidt para cuantificar su efecto sobre la difusión efectiva. Para flujos rotantes sin helicidad neta, encontramos que la rotación reduce la difusividad del escalar en el plano perpendicular al eje de rotación, pero no modifica la difusión en la dirección paralela. En presencia de helicidad y ausencia de rotación, los coeficientes de transporte turbulento aumentan ligeramente, en buen acuerdo con resultados previos. Finalmente, en el caso rotante helicoidal, encontramos que la difusión perpendicular disminuye aún mas que en el caso rotante sin helicidad, mientras que la difusión paralela se ve levemente incrementada respecto al mismo caso.

Abstract:
A passive scalar is a diffusive contaminant present in a fluid in such a small concentration that it produces a negligible dynamic effect on the velocity field. Aerosols, contaminants in the atmosphere and the oceans in small concentrations, chemical elements in stellar interiors, and under certain approximations small fluctuations in the fluid temperature are all examples of passive scalars. The correct understanding of the dynamics of these quantities is relevant for many applications, but it also has important implications for our general understanding of turbulence theory. For this reason, previous studies in many cases focused on passive scalar dynamics in isotropic and homogeneous turbulence, although geophysical, astrophysical, and industrial flows are often anisotropic as the result of the presence of external forces with preferred directions. In this thesis we present a detailed study of the advection, mixing, and diffusion of passive scalars in turbulent rotating flows with and without net helicity. Rotation is relevant in atmospheric flows, and it is believed that the helicity (an ideal invariant of rotating fluids, and a quantity associated with mirror symmetry in the flow) is relevant in such phenomena as supercell thunderstorms. To characterize the advection of passive scalars in a turbulent velocity field, we study scaling laws and the development of anisotropy in spectral space as well as in real space using an axisymmetric decomposition for the structure functions of the velocity and the passive scalar. In the non-helical rotating case, we confirm that the passive scale is more anisotropic than the velocity field, and found that its power spectrum is consistent with a power law V (k┴) ~ k┴−3/2. In the helical case rotating case, we find that the scaling laws are consistent with a steeper spectrum for the energy and a shallower spectrum for the scalar variance. Both cases are correctly explained by phenomenological arguments that take into account the effect of rotation and helicity. Intermittency of the passive scalar and of the velocity field is characterized using scaling exponents and probability density functions of velocity increments and passive scalar increments. In the presence of rotation, we show that scaling exponents are in good agreement with those obtained from Kraichnan’s model in two dimensions. This effective reduction in the dimensionality of the problem is associated with the strong anisotropy observed in the spatial distribution of passive scalar. Finally, we study and measure in numerical simulations the turbulent diffusion of passive scalars in flows with and without rotation, and with and without net helicity. Effective transport coefficients are calculated using Fick’s diffusion laws. For rotating flows, the transport coefficients are calculated in directions parallel and perpendicular to the rotational axis, to account for any anisotropy in the turbulent mixing and diffusion. We also vary the Rossby and Schmidt numbers to quantify their effect on the effective diffusion. For non-helical rotating flows, we find that turbulent diffusion is reduced in the plane perpendicular to the rotation axis, while it does not change in the parallel direction. In the absence of rotation, helicity causes a slight increase in the turbulent transport coefficients, in good agreement with previous results. Finally, for rotating helical flow, the perpendicular diffusion further decreases (compared to the non-helical rotating case), while the parallel diffusion is slightly increased (compared to the same case).

Giménez Molinelli, Pedro A.. "Transiciones de fase en sistemas nucleares finitos e infinitos" (2014-05-21) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En la presente tesis estudiamos transiciones de fase en sistemas formados por partículas que interactúan a través de potenciales clásicos que modelan las interacciones entre nucleones. Mediante técnicas de dinámica molecular, simulamos colisiones de Iones Pesados en el rango de energías en el que se observa Multifragmentación. Auxiliados con avanzados algoritmos de reconocimiento de fragmentos, que utilizan información de correlaciones en el espacio de fases y no solo configuracional, investigamos el origen de diversas señales que permiten caracterizar el proceso de multifragmentación como una transición de fase: bimodalidad en la distribución del parámetro de orden, y fluctuaciones en el tamaño del fragmento más pesado. Mostramos que esas señales están determinadas en etapas muy tempranas, antes de que el sistema logre alcanzar un equilibrio que justifique plenamente el uso de herramientas de la termodinámica usual. Asimismo, determinamos que la observación de bimodalidad está fuertemente relacionada con los protocolos de selección de eventos. Investigamos además la factibilidad de utilizar el parámetro α de Isoscaling para determinar el término de simetría en la ecuación de estado, como se ha propuesto. Con ese fin, ajustamos las energías de “núcleos” con una fórmula en el espíritu de la “fórmula semi-empírica de masas” para dos parametrizaciones del potencial nuclear y mostramos que presentan distintos términos de simetría. Y luego, a partir de simulaciones adecuadas, observamos que en general es imposible distinguir los resultados de los dos modelos debido a efectos entrópicos. Con el mismo modelo de interacción nuclear y un tratamiento adecuado de la interacción de Coulomb, extendimos el estudio a transiciones de fase morfológicas en sistemas “infinitos” de nucleones, como un modelo de “materia de estrellas de neutrones”. Para ello realizamos simulaciones de dinámica molecular bajo condiciones periódicas de contorno a temperatura y densidad fijas. A densidades de sub-saturación y bajas temperaturas, como las que ocurrirían en la corteza de las estrellas de neutrones, este modelo logra producir una serie de fases in-homogéneas llamadas “Pasta Nuclear”, que surgen de la competencia entre las interacciones Nuclear y Coulombiana para nucleones en “bulk”. Desarrollamos un conjunto de herramientas de caracterización dinámica y topológica que permiten una clasificación unívoca de esas fases. Estudiando el rol de la interacción de Coulomb en la formación de estas estructuras, hallamos que estructuras similares pueden ser producidas en simulaciones incluso sin esa interacción, debido a efectos secundarios de las condiciones periódicas de contorno que, sorprendentemente, no habían sido descritos en la literatura. Esto nos permitió describir con precisión los “efectos de tamaño finito”, propios de este tipo de simulaciones, e identificar las estructuras “reales” de aquellas que están afectadas por aspectos artificiales de las simulaciones.

Abstract:
In the present thesis we study phase transitions in systems of particles that interact through classical potentials which mimic the nuclear interaction. Using molecular dynamics techniques we simulate Heavy Ion collisions in the energy range where multifragmentation is observed. Assisted with advanced fragment recognition algorithms, which use information from the whole phase space and not only configurational, we investigated the origin of several signals that allow to characterize multifragmentation as a phase transition: bimodality in the order parameter distribution and large fluctuations in the mass of the largest fragment. We show these signals to be established at early stages, before the system can reach an equilibrium which would justify the use of usual thermodynamics tools. Also, we determined that bimodality is strongly related to the event selection criterion. In addition, we investigated the factibility of using the isoscaling parameter α to determine the value of the symmetry term in the nuclear equation of state. To that effect, we adjusted the energy of “nuclei” with a formula in the spirit of the “Semi-empirical Mass Formula” for two parametrizations of the nuclear potential and showed that they present different symmetry terms. Then, with the appropriate simulations, we showed that it is in general impossible to distinguish the results from both models due to entropic effects dominating. With the same model of nuclear interaction and an adequate treatment of the Coulomb interaction, we extended the study to morphological phase transitions in “infinite” systems of nucleons, as a model of “neutron star matter”. To do so we performed molecular dynamics simulations under periodic boundary conditions at fixed temperature and density. At sub-saturation densities and low temperatures, as those expected in the crust of neutron stars, this model is able to produce a series of non-homogeneous phases known as “Nuclear Pasta”, which emerge from the competition of nuclear and Coulomb interaction for nucleons in bulk. We developed a set of dynamical and topological characterization tools that allow for a thorough classification of those phases. When studying the role of the Coulomb interaction in the formation of these structures, we found that similar structures can be produced in simulations without said interaction but due to secondary effects of the periodic boundary conditions which, surprisingly, had not been described in the literature. This enabled us to describe with precision the role of “finite size effects” and to identify the “true Pasta” from those affected by artificial aspects of the simulations.

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