Catálogo de publicaciones

Los fenómenos irreversibles son omnipresentes en la naturaleza. En el mundo microscópico, por ejemplo, un exceso de polarización magnética difunde en un sistema de espines interactuantes hasta desparramarse completamente. En esta Tesis estudiamos la dinámica de tal proceso para sistemas abiertos y cerrados. El primer caso corresponde al fenómeno de decoherencia inducida por un ambiente externo, mientras que el segundo engloba dos fenómenos opuestos que pueden ocurrir en sistemas cerrados: la equilibración de observables y la localización de muchos cuerpos. Utilizamos como testigo dinámico al eco de Loschmidt, una magnitud que se define a partir de una reversión temporal imperfecta y que puede evaluarse experimentalmente en resonancia magnética nuclear. Estudiando tal eco y sus escalas de tiempo características, identificamos los mecanismos emergentes que rigen la irreversibilidad en el límite termodinámico.

En la presente tesis estudiamos la teoría de dínamo en diferentes regímenes de interés astrofísico. La teoría de campo medio, utilizada para obtener el coeficiente de generación de energía magnética por efecto de la turbulencia, es generalizada para incluir efectos cinéticos. Para el caso particular del Sol, construimos un modelo basado en los perfiles medidos de rotación diferencial con el fin de explicar las características globales del campo magnético. Con el fin de individualizar las causas de las irregularidades observadas y de introducir correctamente estos efectos en el modelo, llevamos a cabo un estudio detallado de los datos existentes sobre el campo magnético solar. Presentamos estudios de correlación de amplitud y fase, así como reconstrucción del espacio de fases a partir de la serie temporal del número de manchas solares. También realizamos una descomposición en modos biortogonales de la distribución espacial y temporal del área cubierta por las manchas, y de los campos magnéticos observados en la superficie solar. Los resultados de todos estos estudios son utilizados como indicadores de la fuente de las irregularidades e introducidos finalmente en el modelo. Finalmente, presentamos simulaciones numéricas tridimensionales con el fin de verificar la validez de la mencionada generalización de la teoría. Según el caso, los resultados pueden ser aplicados en regiones convectivas estelares, en regiones pequeñas de discos de acreción y discos galácticos, o en estrellas compactas.

El objetivo general de este trabajo de tesis consiste en investigar la incidencia del formalismo de la transformada de Fourier fraccionaria en el procesamiento óptico de la información, analizar su relación con otras transformadas de interés óptico y desarrollar sus posibles aplicaciones

Esta tesis sintetiza el trabajo de varios años en el Laboratorio de Láser de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, en el curso de los cuales se han construido y utilizado láseres químicos, en particular de HF y de Iodo. En el primer capítulo se mencionan los aspectos más generales que caracterizan a los láseres químicos. En el segundo capítulo se trata en particular el láser de HF poniendo énfasis en aquellos que operan en modo pulsado, pues el construido en el Laboratorio es de este tipo. El diseño, y los aspectos operacionales de un láser de HF excitado por una descarga eléctrica transversal son descriptos en el capítulo tres. En particular, se destaca el tipo de electrodos utilizado -continuos, de grafito policristalino de alta pureza, tallados según un perfil de Rogowsky- que permiten obtener una descarga sin arcos y un rendimiento aceptable frente a otros dispositivos, algunos sumamente sofisticados. También en este capítulo se desarrolla un modelo de nuestro dispositivo a partir de datos experimentales de la descarga eléctrica. En el capítulo cuatro se describe el mecanismo de interacción de la radiación con la materia y se obtiene la expresión del coeficiente de absorción. Se pone de relieve, a partir del espectro de niveles de energía de la molécula de CO₂, la posibilidad de absorción de la radiación del láser de HF de 2.7 a partir del ensanchamiento de la línea de absorción del CO₂, ya sea por efecto Doppler o por el mecanismo colisional. Se describe también el dispositivo experimental con el que se determinó, en forma novedosa, el coeficiente de absorción del CO₂ puro y en mezclas con helio. La técnica de detección, para medir la transmitancia del gas a la radiación láser, se realizó mediante detec toros piroelée tricos. Los resultados experimentales del coeficiente de absorción se dan en el capítulo quinto. Se obtuvo dicho coeficiente para el CO₂ puro entre 1 y 8 atm de presión, a temperatura ambiente, para distintas líneas del láser de IIF. Estos valores obtenidos de la experiencia fueron aproximados por una curva con parámetros ajustablcs para cada línea del láser. Las determinaciones del coeficiente de absorción a presiones inferiores a 1 atm para algunas líneas del láser de IIF, realizadas a postcriori, coincidieron con los valores prcdichos por la curva. Para trabajar en las condiciones de operación de un láser de CO₂ bombeado ópticamente y sintonizable (con el medio activo a 10 atm de presión y a temperatura ambiente) se midió -para distintas líneas del láser de HF- la absorción de una mezcla de 1 atm de CO₂ y n atm, de He (n variable de 1 a 9 atm). Para todas las líneas del láser de HF relevadas, se obtuvo un comportamiento lineal del coeficiente de absorción, aumentando éste en la medida en que se aumentó la presión de He. Con la presión como parámetro se determinó el coeficiente de absorción del CO₂ puro para temperaturas entre 300 y 700 0 K y para diferentes líneas del láser de HF. A partir de estas medidas y con el modelo de la lorentziana para el ensanchamiento colisional de las transiciones de absorción estimulada del CO₂, se logró desarrollar un camino que permite estimar el valor del coeficiente de emisión espontánea de Einstein para la transición del CO₂ provocada por la línea láser incidente. Uno de los objetivos del trabajo realizado es encontrar, entre las transiciones vibro-rotacionalcs excitadas en el CO₂ por diferentes líneas del láser de HF, un sistema de “dos niveles” factible de ser saturado por la radiación incidente. Esto implica encontrar las líneas del HF que provoquen esencialmente transiciones de absorción que no tengan como nivel inferior al nivel fundamental del CO₂ y encontrar además las condiciones de presión y temperatura adecuadas. En estas condiciones sería posible utilizar al CO₂ para modular la salida del láser de HF.

En esta Tesis se presentan los resultados finales de una investigación realizada alrededor de la enseñanza de la superconductividad, vista como un tópico de la física contemporánea. Esta investigación se enmarca en un enfoque pedagógico conocido como Enseñanza para la Comprensión, el cual muestra la enseñanza como un método innovador que puede generar que los estudiantes flexibilicen el conocimiento y puedan dar cuenta de él de formas creativas, sin dejar de lado la formalidad de los temas estudiados. Este trabajo se divide en seis capítulos. En ellos se presentan los fundamentos teóricos del fenómeno de superconductividad y del enfoque pedagógico, junto con la descripción de la puesta en práctica de la estrategia de aula alrededor de este tema de Física Contemporánea. El capítulo 1 contiene una introducción a todo lo abordado en esta Tesis, en la que se incluye una contextualización de la enseñanza de la física en las instituciones educativas colombianas de educación básica y media. Además, se presentan las razones por las cuales se eligió, en primer lugar, el fenómeno de la superconductividad como tópico de la física contemporánea para abordar en el aula de clase; en segundo lugar, el enfoque de Enseñanza para la Comprensión para dar cuenta de la facilidad para estudiantes en entender los conceptos implícitos en el fenómeno estudiado; y en tercer lugar, la realización de actividades experimentales para acercar a los estudiantes a la comprensión de la superconductividad. Además, se muestran los objetivos que se plantearon al inicio de la investigación, en los cuales se hacen evidentes las metas trazadas en todo el proceso. Finalmente, se hace una descripción general de la estrategia que se llevó a cabo en la implementación y su evaluación. En el capítulo 2, se presentan los conceptos de física que son necesarios para entender el fenómeno de la superconductividad, los que se explican en detalle acompañados por los desarrollos científicos que se dieron a partir del descubrimiento del fenómeno, de la siguiente manera: 1. Se inicia con una visión clásica electromagnética de la superconductividad en la cual se comparan los materiales superconductores con los conductores, a partir de las ecuaciones del electromagnetismo. 2. Se presenta el concepto de magnetización, el cual es fundamental para entender el comportamiento de los campos magnéticos en medios superconductores. 3. Se realiza una descripción del Efecto Meissner-Ochsenfeld que da cuenta de la exclusión del campo magnético en el interior del material superconductor. Además, se presentan las diferencias entre los superconductores tipo I y II enfatizando que en el tipo I se presenta un efecto Meissner-Ochsenfeld completo, mientras que en el tipo II se presenta un estado mixto con dos campos magnéticos críticos. 4. Se encuentra la ecuación de London, desde la cual se puede deducir el efecto Meissner para los superconductores. Adicionalmente, se presentan las longitudes características de los materiales superconductores: la longitud de penetración, la longitud de coherencia y el camino libre medio de los electrones en estado normal. 5. Se hace una descripción de la teoría BCS, que explica el acoplamiento de los electrones a través de los fonones que permite la formación de pares de Cooper. Así mismo, se resalta la relación de esta teoría con los aspectos mencionados en los numerales anteriores, enfatizando la importancia de la superconductividad en relación con las bandas de energía. 6. Se mencionan los aspectos relacionados con la cuantización de flujo y las corrientes persistentes en los superconductores, se relaciona con el cuanto de flujo magnético que origina el estado vórtice el cual caracteriza a los superconductores tipo II y con la creación de campos magnéticos intensos. 7. Se describe el efecto Josephson, que da cuenta de cómo los pares de Cooper, a partir del efecto túnel, son capaces de atravesar un material aislante delgado (llamado la unión de Josephson ) de un superconductor a otro, considerando la ecuación de onda de cada uno de los pares pertenecientes a cada superconductor. Así mismo, se presenta la diferencia de la unión de Josephson cuando ésta es expuesta a un potencial determinado dando paso al efecto de corriente continua y de corriente alterna. 8. Se describen las características generales de los superconductores de alta temperatura, mencionando algunas diferencias con respecto a la teoría que describe a los superconductores convencionales tipo I y II. 9. Finalmente, se presentan algunas aplicaciones de los materiales superconductores en la actualidad, dando cuenta de la relación de un tema de física con el avance tecnológico que se ha podido desarrollar en diferentes áreas del conocimiento. En el capítulo 3, se presentan los aspectos generales del marco pedagógico que se implementó para llevar a cabo la propuesta de investigación: el enfoque de Enseñanza para la Comprensión. En este, se realiza una descripción detallada de los pilares sobre los cuales se enmarca la propuesta, dando cuenta de las características específicas de los tópicos generativos, entendidos como los temas que se abordan en la implementación; metas de comprensión, como los alcances que se logran con la ejecución de la puesta en práctica de la propuesta; desempeños de comprensión, como las actividades puntuales que desarrollan los estudiantes sobre las cuales se evalúa la comprensión; y la evaluación diagnóstica continua, que contiene las dimensiones y los niveles de comprensión, que sirven como base para clasificar a los estudiantes, de acuerdo con la comprensión que van adquiriendo de los temas que hacen parte de la implementación en el aula. Estas dimensiones son: contenidos, que se centra en el aspecto disciplinar abordado en las clases; métodos, que da cuenta de las actividades realizadas por los estudiantes que generan comprensión; propósitos, que ponen en evidencia el sentido investigativo de las actividades puestas en práctica por los estudiantes; y finalmente la dimensión de formas de comunicación, que permite evaluar, a partir de la expresión oral y escrita, la comprensión de los estudiantes alrededor de los temas abordados. En el capítulo 4, se presenta el diseño del plan de acción, el cual inicia con una caracterización de la población que se escogió para el desarrollo de la investigación y continúa con el diseño del plan de acción que se lleva a cabo en el aula con los estudiantes, enmarcado en el enfoque de la Enseñanza para la Comprensión. Igualmente, se describen los 10 planes de clase que se implementan con los estudiantes en el colegio. En el capítulo 5, se describen los resultados obtenidos a partir de cada una de las clases, la sistematización de la evaluación de acuerdo con las dimensiones de la evaluación diagnóstica continua descritas en el capítulo 3 y el análisis de los niveles de comprensión de los estudiantes en cada una de las clases realizadas, teniendo en cuenta los criterios de evaluación estipulados en el capítulo 4. En el capítulo 6, se presentan las consideraciones finales del trabajo, que incluye a modo de conclusión, el impacto de la estrategia de aula para los estudiantes que la desarrollaron, el impacto de la investigación para la docente que ejecutó la estrategia de aula y las perspectivas para el futuro que deja este trabajo de investigación, las cuales mencionan la importancia del método empleado en la estrategia, para la enseñanza de la física contemporánea y la posibilidad de compartir esta experiencia con profesores que quieran innovar en su práctica docente. El cuerpo principal de esta Tesis finaliza con las conclusiones generales. A continuación de estas se incluyen las referencias bibliográficas empleadas en la investigación. Entre ellas se pueden encontrar los documentos de consulta para la escritura del capítulo 2 que hace alusión a la física de la superconductividad, los documentos relacionados con el enfoque de enseñanza para la comprensión y los documentos, enlaces y páginas de internet, que ayudaron en la creación de los planes de clase que se implementaron en el aula. Por último, se presentan los anexos. Estos incluyen: las guías que se realizaron para abordar los fenómenos de electricidad y magnetismo las cuales fueron adaptadas de Reyes, C., Salcedo, A., & Carrillo, F. (2000) y que se llevaron a cabo con los estudiantes; una de las lecturas que se empleó en la clase cuyo tópico generativo hacía alusión a los pares de Cooper; tres actividades finales presentadas por tres grupos de trabajo sobre las cuales se realizó la evaluación diagnóstica continua de la última clase de implementación; y finalmente una evaluación de la estrategia que respondieron los estudiantes en relación con su percepción sobre la implementación en el aula.

La exploración experimental del Principio de Equivalencia y de la "correcta" teoría de la gravitación tiene importantes consecuencias para la física actual. Esta exploración se basa en la proposición de nuevos y mas precisos experimentos, en el análisis y reanálisis de experimentos ya realizados desde nuevos puntos de vista y en la formulación de modelos teóricos adecuados tanto como hipótesis de trabajo para la comprensión del fenómeno gravitatorio en sí o como base para proponer experimentos e interpretar su resultado. En este trabajo, se intenta cubrir algunos de estos aspectos, ya que: a) Se reanaliza un experimento realizado para comprobar la hipótesis de existencia de modificaciones a la gravitación Newtoniana dependientes de la composición (violaciones al PE); b) Se propone un nuevo experimento en relación con éste último que se espera no contenga ciertos problemas sistemáticos hallados en aquél; c) Se propone un modelo para el análisis de todos los experimentos de física de altas energías en relación con el PE; d) Se reanalizan los clásicos experimentos de deflexión solar de la luz desde dos ópticas diferentes, buscando por un lado acotar posibles desviaciones de la gravitación Newtoniana como límite correcto de la gravitación a bajas intensidades de campo y bajas velocidades, y por otro buscando acotar la existencia de un nuevo tipo de partículas en el Sol.