09 de julio

Los experimentos modernos basados en física de altas energías se caracterizan por un gran número de detectores, cada uno con varios canales de adquisición (>10^4). El flujo de datos generados (en el orden de terabytes por segundo) debe ser adquirido, filtrado y procesado online previo a su almacenamiento para su posterior análisis. Experimentos como COMPASS situado en el CERN, utilizan miles de canales por cada detector para realizar espectroscopia hadrónica y otros estudios de la estructura hadrónica. Distintos tipos de detectores, cómo Gas electron multipliers (GEM) y Electronic Calorimeters (ECALs), dependen de FPGAs (Field Programmable Gate Array) y ASICS (Application-Specific Integrated Circuit) como parte de sus sistema de control, monitoreo y adquisición de datos.

A menudo se utilizan estas herramientas para implementar algoritmos complejos para compresión de datos, filtrado y extracción de características de la señal con el propósito de manejar la información en tiempo real de la manera más eficiente. Los sistemas de adquisición basados en FPGA tienen la ventaja que permiten implementar diseños digitales complejos y reconfigurarlos a medida que nuevas actualizaciones del hardware externo o de los algoritmos utilizados lo necesiten. A medida que la complejidad de dichos algoritmos ha incrementado, se han agregado procesadores embebidos en las FPGAs en los llamados System on Chip (SoCs) los cuales agregan versatilidad para comunicación en red y procesamiento avanzado.

En esta charla haré una descripción sobre sistemas embebidos, FPGAs/SoCs y sus aplicaciones en algunos tipos de detectores de partículas para adquisición de alto rendimiento. Además presentaré otras aplicaciones de estos sistemas en otros contextos experimentales como la detección de rayos cósmicos y autómatas celulares entre otros.

Dra. Magdalena González, Dr. Carlos Pineda, Dra. Aida Kirichenko, M.Sc. Mariano Lemus

Moderador: Dr. Rodrigo Sacahui

Este trabajo tiene como objetivo principal determinar, por medio de un análisis de torques externos, si estos provocan algún efecto cuantificable sobre la velocidad angular en el eje z del satélite Quetzal-1. Dado que el satélite se encuentra orbitando cerca de la tierra, los torques a estudiar son el torque aerodinámico, el torque por presión solar, el torque por gradiente de gravedad y el torque por campo magnético. El análisis fue realizado a partir de las gráficas obtenidas a partir de los programas Quetzal1_Disturbance_Analizer.m, hystCurve.m y Quetzal1_Distrubance_Mean_Analizer.m. Se obtuvieron gráficas de velocidad angular, de torques externos, de torque interno magnético, torque interno de barras de histéresis, la densidad de flujo magnético generado en las barras de histéresis y la alineación con el campo magnético de la tierra. Se obtuvo como resultado principal que, para el satélite Quetzal-1, entre mayor sea la alineación con el campo magnético y menor sean las oscilaciones en los ejes donde se encuentran las barras de histéresis (eje x y eje y), menos control se tendrá sobre los ejes del marco referencia Body del satélite (principalmente el eje z), i.e., variaciones en las velocidades angulares. Por otro lado, se obtuvo que el torque con mayor influencia en el eje z del satélite es el torque aerodinámico, y se descartaron los torques por gradiente gravitatorio, por presión solar y por torque magnético en el eje z, debido a que sus magnitudes eran insignificantes a comparación con la magnitud del torque aerodinámico.

Este trabajo presenta el estado en el que se encuentran los modelos COVID-19 que he trajado desde el inicio de la pandemia. Iniciaron desde un SEIR clásico, y bastante simple y ahora tratan de proyectar la evolución de la tasa de contagio.

El proyecto de prácticas finales de la Licenciatura en Física de la Escuela de Ciencias Fisicas y Matematicas, consiste en estudiar los nanocontactos y sus aplicaiones a la microscopía, enfocado al microscopio de escaneo por efecto túnel (STM). A partir de los conceptos de mecánica cuántica y electromagnetismo se estudia la estructura cuántica de los noanocontactos y su funcionamiento. Se describen brevemente las técnicas de microscopía que emplean nanocontactos y se estudia el funcionmaiento de los mismos en el microscopio STM, cuyo funcionamiento se base en el efecto túnel cuántico. Además se realizan aproximaciones del funcionamiento de un nanocontaco en un microscopio STM a través de simulaciones computacionales empleando el software Schrödinger, que es una plataforma computacional que emplea soluciones diferenciales para modelos predictivos y análsis de datos.

We consider the Lorentz-violating extended QED involving all nonminimal dimension-5 additive CPT-odd terms. For this theory, we investigate the possibility of generating the Carroll-Field-Jackiw (CFJ) term of the first order in any of these nonminimal couplings. This term is demonstrated to vanish in certain regularization schemes. We also study the question of higher-derivative divergent contributions and demonstrate that they can be eliminated by considering a given proportionality between the coefficients.

En este Poster, presentaré el funcionamiento de la Jaula de Faraday. Este será una demostración experimental de las propiedades electromagnéticas de los materiales conductores. También será una demostración teórica a partir de la experimentación con la Jaula de Faraday.

Los principales problemas medioambientales que enfrentan la humanidad y nuestro planeta en la actualidad son debidos al uso desmedido de los combustibles fósiles. Por esta razón es imprescindible formar a las nuevas generaciones de profesionales de la educación en una adecuada Educación Energética. El siguiente trabajo permite evidenciar cómo es posible lograr este fin en los estudiantes de la carrera de Licenciatura en Educación en la especialidad de Física mediante la vía curricular. Para ello se analizan los resultados de una asignatura de currículo propio impartido a estudiantes de la Universidad de Ciencias Pedagógicas “Enrique José Varona”.

Hacer investigación científica es una tarea que busca resolver problemas utilizando todos los conocimientos y habilidades que el investigador posea. En esta charla vamos a ver un ejemplo de lo que toca hacer en la investigación. El problema consiste en encontrar una función matemática que represente la distribución anual de lluvia en Guatemala, tomando en cuenta el efecto de la canícula (disminución de lluvia) en medio de la época lluviosa. Aunque la elección de la función es simple, encontrar sus puntos críticos es un problema tan difícil que los paquetes de álgebra simbólica dan soluciones imprácticas. Por esta razón se debe recurrir a técnicas más creativas para resolver el problema. Esta presentación está dirigida a estudiantes y profesores con poca o ninguna experiencia en investigación, como un ejemplo del trabajo creativo que el investigador desarrolla en sus proyectos.

The space charge layer in a hematite photoelectrode has been analyzed by means of Poisson-Boltzmann equations, the Stern model, and density functional theory, in view of its application for photoelectrochemical water oxidation. The width of the space charge layer can be smaller than $\sim$10 \AA under experimental conditions. In this regime, a substantial part of the potential drop takes place in the Helmholtz layer, leading to important corrections to the Mott-Schottky behaviour of the space charge layer capacitance. These results shed light on an unexpected regime of high photoelectrocatalytic efficiency, different from the classical picture of the electrochemical interface of a semiconducting photocatalyst, that is also amenable to direct study by quantum-mechanical atomistic simulations. Density functional theory has been used to calculate the band bending in the space charge layer in atomistic models ranging from the pristine stoichiometric surface, to a surface with adsorbed hydroxyls, to a charged surface. These three surface terminations display band bendings of 0.14 eV, 0.49 eV, and 0.90 eV, respectively, with an increasing width of the space charge layer, however still in the sub-nanometer regime.

Los aceleradores de partículas son una herramienta fundamental para las ciencias básicas y diversas aplicaciones tecnológicas. Los aceleradores convencionales, al trabajar en el vacío, están limitados a gradientes de aceleración de 100MV/m ya que, a gradientes mayores, se pone en riesgo la integridad estructural del acelerador. En consecuencia, los aceleradores de partículas de alta energía actuales son máquinas de cientos de metros hasta decenas de kilómetros. Una de las alternativas actuales son los aceleradores con base en plasma. Un plasma puede soportar ondas con gradientes de aceleración de hasta 100GV/m, lo que permite alcanzar energías comparables a los grandes aceleradores de hoy en unos cuantos milímetros o centímetros de distancia. Una de las aplicaciones de partículas aceleradas, es la producción de fuentes de luz (radiación). Un ejemplo es la radiación de frenado o Bremsstrahlung, que es la radiación que se genera por el cambio de dirección de un electrón al interactuar con otra partícula cargada. Esta radiación es fácilmente creada haciendo que un haz de partículas aceleradas atraviese un metal. Dos de los parámetros de interés son el espectro de energía y la energía promedio del haz de radiación. Para hacer estas medidas, Hannasch et tal diseñaron un calorímetro intercalando pantallas de LANEX y materiales absorbentes de diferente número atómico y grosor para reconstruir el evento y medir la dosis. Utilizando GEANT4, un programa que utiliza el método de MonteCarlo para la modelación de diferentes procesos físicos, se construyó la función de respuesta del calorímetro. Finalmente, suponiendo que la ley de Kramer para radiación Bremsstrahlung es válida, usando la dosis y la función de respuesta, mediante un proceso iterativo se estimó la fluencia (i.e espectro de radiación) y la energía promedio del haz. Aunque los resultados fueron satisfactorios, una de las desventajas de este método, es que las pantallas de LANEX necesitan ser expuesta a radiación UV luego de ser usadas para extraer información de ellas, lo que lleva a una tasa de repetición muy lenta, aproximadamente 1h, lo que hace este método poco atractivo para aplicaciones de repetición rápida. Este trabajo es una extensión de la metodología anteriormente descrita que usa plásticos centelladores en lugar de las pantallas de LANEX para agilizar la reconstrucción del espectro de energía. Los plásticos centelladores son plásticos dopados de minerales que emiten radiación visible cuando radiación de alta energía pasa a través de ellos. Con el arreglo óptico adecuado, esta luz puede ser capturada por una cámara y la imagen puede usarse para medir la dosis depositada en el detector. Luego de construir la función de respuesta para este calorímetro, este concepto se probó en un experimento realizado en el Texas Petawatt Laser en 2020, donde electrones fueron acelerados entre 0.5 a 1.8 GeV y hechos pasar por una lámina de aluminio que generó Bremsstrahlung. El calorímetro detectó dicha radiación y creó imágenes, que luego fueron procesadas y utilizadas para reconstruir el espectro de energía en aproximadamente 1 min. Se estudiaron las cotas mínimas y máximas para el uso de este arreglo y simulaciones probaron que el detector es robusto para el rango de energía antes mencionado y es capaz de medir al menos 40 veces más señal.

Para este trabajo, exploramos las transformaciones de Trotter con diferentes aproximaciones de error, e.g. O(dt^3), O(dt^2), implementadas en Computadoras cuánticas de IBM. Aplicamos estas transformaciones para estudiar la evolución temporal de la cadena de Heisenberg XX. Nuestro estudio se enfoca en las correlaciones cuánticas y el entrelazamiento cuántico de biparticiones de la cadena. Usamos la cadena de Heisenberg XX como modelo de juguete de esta manera, probamos diferentes configuraciones de la cadena, tal como cadena homogénea, cadena aleatoria, cadena inhomogénea.

El estado de un sistema cuántico abierto puede describirse utilizando su matriz de densidad. Los canales cuánticos proporcionan una manera de describir la evolución dinámica de la matriz de densidad y son también conocidos con el nombre de mapeos completamente positivos que preservan la traza (CPTP). En este trabajo estudiamos los mapeos que actúan sobre la matriz de densidad de un sistema de partículas de espín 1/2 (qubits), específicamente, aquellos mapeos que borran las componentes de la matriz de densidad escrita en la base de productos tensoriales de las matrices de Pauli. Al subconjunto de este tipo de mapeos que satisfacen las condiciones para ser un canal cuántico les llamamos canales PCE (Pauli component erasing). Nuestros resultados apuntan a que los canales PCE de n qubits pueden entenderse a partir de los canales PCE de 1 qubit.