Catálogo de publicaciones

La Óptica es una rama de la Física que ha recibido un importante impulso en el ultimo trienio, fundamentalmente por la adopción del formalismo de la Teoría de las Comunicaciones, así como por la aparición del láser, que se ha convertido en un instrumento invaluable para la comprensión de los procesos básicos de la interacción de la radiación con la materia, a la vez que brinda una fuente de iluminación de características únicas. Con el objeto de comprender mejor los fines de la presente tesis, haré a continuación, una breve exposición de las experiencias que motivaron y dieron forma a las ideas que voy a desarrollar. Básicamente se pueden dividir en dos clases, una de ellas se enmarca en la "Óptica de Fourier", y la otra en lo que llamare, estudio de las figuras interferenciales producidas por reflexiones múltiples en cavidades resonantes no convencionales.

El descubrimiento en el 2012 de una nueva partícula con masa alrededor de 125 GeV consistente con un bosón de Higgs, marcó un cambio de los objetivos de las investigaciones desde la fase del descubrimiento a la fase del estudio de las propiedades de esta nueva partícula para caracterizarla. En esta tesis se presenta en primer lugar un análisis del espín de dicha partícula en su canal de decaimiento a dos fotones, siendo uno de los aportes a la comprobación de la compatibilidad de la resonancia encontrada con el bosón predicho por el Modelo Estándar (ME). Las investigaciones se basaron en 25 1/fb de colisiones pp a 7 y 8 TeV del LHC, recolectados por el experimento ATLAS. La hipótesis del Higgs del ME fue contrastada con varias hipótesis alternativas, incluyendo modelos de espín 2 con acoplamientos universales y no-universales a los fermiones y bosones vectoriales. Todas las hipótesis alternativas son excluidas en favor del bosón de Higgs del ME a más de 99.9 % de nivel de confianza. Se realizó también un estudio preliminar de la sensibilidad a las propiedades CP de las interacciones del Higgs utilizando únicamente el canal de decaimiento difotónico con los datos que serán colectados a fin del Run-II del LHC. Finalmente, se contribuyo a las medidas de precisión de las secciones eficaces fiduciales en diversas regiones del espacio de fase y secciones eficaces diferenciales como función de varias variables cinemáticas, todas realizadas en una manera independiente de modelos. En el caso particular que se presenta en esta tesis se realizó la primera determinación en la colaboración ATLAS de la sección eficaz fiducial del Higgs decayendo en dos fotones a energía de colisión pp de 13 TeV, utilizando datos correspondientes a una luminosidad integrada de 13.3 1/fb. El resultado en la región fiducial base -un Higgs de masa 125.09 GeV decayendo en dos fotones aislados con momento transverso mayor a 35 % y 25 % de la masa invariante del sistema difotónico, y cada uno con pseudorapidez absoluta < 2.37 y excluyendo [1.37 -1.52]- es de 43.2±14.9 (stat.)±4.9 (syst.)fb.

El estudio de las galaxias ha permanecido restringido durante muchos al de aquellos objetos que presentan un diámetro aparente notable en una placa fotográfica de larga exposición. Desde nuestra ubicación dentro de una galaxia relativamente brillante como lo es la Vía Láctea, a lo cual se agregan las contribuciones por luz dispersada en el Sistema Solar y en la atmósfera terrestre, el brillo del cielo nocturno alcanza alrededor de 21.5 mag_(B) para buenos sitios de observación. La detección de galaxias de bajo brillo superficial, o sea aquellas cuya luminosidad provenga en mayor parte, o totalmente, de zonas de brillo superficial por debajo de este nivel, se verá muy dificultada por el hecho de que sus isofotas quedarán sumergidas en el ruido del cielo. Según Disney (1980), "...somos como prisioneros en una celda iluminada tratando de discernir nuestros alrededores observando a través de una pequeña ventana hacia la oscuridad exterior. Podemos ver con suficiente facilidad las luces de la calle, y las ventanas iluminadas, pero ¿podemos ver, o inferir correctamente, las casas y los árboles?". Tiempo atrás, Arp (1965) ya había llamado la atención sobre los efectos de selección que dificultarían el descubrimiento de galaxias de bajo brillo superficial, así como también, en el otro extremo, de galaxias suficientemente compactas como para no distinguirse de las estrellas. El resultado es que las galaxias llamadas "normales" serían en realidad una muestra no muy representativa de la población total de objetos extragalácticos.

Durante los últimos años, ha adquirido importancia creciente el estudio de la interacción radiación visible-materia (fotónica), en la que la primera queda confinada a volúmenes de dimensiones mucho menores que la longitud de onda de la luz. El conocimiento de los procesos físicos que ocurren en dicha interacción permiten, entre otras cosas, el desarrollo de innumerables aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología que abarcan desde la biomedicina hasta las telecomunicaciones. La materia en escala nanométrica presenta propiedades ópticas, eléctricas, y magnéticas muy diferentes de las que posee en estado macroscópico. El estudio de las propiedades ópticas de estructuras nanométricas constituye un área de gran importancia no totalmente resuelta para el posible desarrollo de nuevos materiales y aplicaciones. Esta Tesis combina un aspecto de desarrollo experimental y otro relacionado con el modelado teórico de las propiedades ópticas de nanoestructuras esféricas simples y núcleo-recubrimiento con el fin de complementar, reforzar y enriquecer la interpretación de los resultados obtenidos. El desarrollo experimental está relacionado con la fabricación de partículas nanométricas y subnanométricas en medios líquidos por ablación láser de blancos sólidos de cobre y plata con pulsos ultracortos de Ti:Za, a diferentes energías y en distintos medios. Asimismo se obtienen espectros de extinción óptica y Raman a partir de las suspensiones coloidales generadas. El aspecto teórico de esta Tesis abarca el modelado teórico de la función dieléctrica compleja de cobre y plata, y el estudio por separado del comportamiento de la contribución de los electrones libres y ligados considerando las modificaciones por tamaño para radios menores a 10 nm. Teniendo en cuenta estas correcciones, se analizan los coeficientes de extinción de ambos metales para distintos tamaños de partículas nanométricas y subnanométricas y diferentes estructuras en función de la longitud de onda. A partir del ajuste de los espectros de extinción experimentales de las suspensiones coloidales generadas para ambos metales nobles, se determina la composición, estructura, configuración y distribución de tamaños. Por otra parte, se presentan aplicaciones orientadas al diseño de dos tipos de sensores plasmónicos de oxígeno: uno de ellos, basado en espectroscopía de extinción óptica de nanopartícula aislada de plata, y el otro de películas de plata de espesor nanométrico fundamentado en la resonancia del polaritón plasmón superficial en la configuración de Kretschmann. Para ambos casos, la presencia de oxígeno se determina a través de la medición del espesor de óxido de plata crecido sobre la nanoestructura de plata. Finalmente, mediante el análisis de determinados parámetros característicos del espectro de extinción de las nanopartículas aisladas de plata, se establece un protocolo sencillo para conocer el tamaño del radio del núcleo y el espesor del recubrimiento de óxido. Para el caso del sensor de película delgada de plata, el estudio del comportamiento de parámetros característicos como el mínimo de la reflectividad, ancho total a altura media y reflectividad a determinados ángulos de la multicapa de plata-óxido de plata para polarizaciones de onda p y s, permite establecer un protocolo de medición de reflectividad híbrido de Resonancia del Polaritón Plasmón Superficial - Acoplamiento del Modo de Guía de Onda Óptica para determinar y controlar in situ el espesor de la capa de óxido durante el proceso de crecimiento.

Las estrellas de tipo espectral A y B químicamente peculiares son rotadores lentos y presentan intensificaciones o deficiencias de algunas especies químicas en sus atmósferas, en comparación con las características que presentan las estrellas enanas A y B normales de la misma temperatura efectiva (Jaschek y Jaschek, 1987). Se piensa que las anomalías químicas están causadas por fenómenos que han tenido lugar después de la formación de la estrella, tales como la difusión y los campos magnéticos (Michaud, 1970). Actualmente se conoce una importante fracción de estrellas masivas, aproximadamente un 10%, que presentan intensos campos magnéticos de gran escala (Grunhut et al., 2012; Wade y MiMeS Collaboration, 2015). Además, es sabido que el campo magnético influye significativamente en los procesos físicos que operan en el interior (rotación interna, procesos de mezcla, difusión, etc.) y entorno de las estrellas (confinamiento magnético, pérdida de masa, anomalías químicas en la superficie), con consecuencias en la estructura y evolución estelar. Sin embargo, estos temas han sido muy poco estudiados entre las estrellas de la secuencia principal. Un grupo de estrellas de particular interés para estudiar la influencia de los campos magnéticos lo constituyen las estrellas peculiares en helio (He). Estas estrellas conocidas como He-weak (deficientes en He) y He-strong (enriquecidas en He) suelen presentar variaciones fotométricas y espectroscópicas que correlacionan con la rotación de la estrella. Muchas de ellas presentan intensos campos magnéticos (del orden de algunos kG) cuya componente longitudinal varía periódicamente. Esta variación es comúnmente interpretada en términos del Modelo de Rotador Oblicuo donde la geometría del campo magnético (supuesta dipolar) no es simétrica respecto al eje de rotación de la estrella. De esta forma, un observador externo ve una configuración magnética que cambia a medida que la estrella rota (Bohlender, 1994). La mayoría de los modelos actuales que describen la estructura interior, la atmósfera y la evolución de las estrellas desprecian los efectos magnéticos. Muy pocos trabajos han explorado los efectos de la presión magnética en la estructura de la fotosfera de las estrellas peculiares, y todos ellos se han enfocado principalmente al estudio de las estrellas A peculiares (Carpenter, 1985; LeBlanc et al., 1994; Valyavin et al., 2004; Shulyak et al., 2007). El modelado de las distribuciones anómalas de elementos químicos (manchas) se realiza actualmente proponiendo perfiles de abundancias químicas empíricos (Krti cka et al., 2013). El objetivo de este trabajo es estudiar la influencia de un campo magnético sobre la estructura de la atmósfera y su impacto sobre los perfiles de las líneas de He en estrellas peculiares en He. Para ello se modeló la fotosfera, en la aproximación de equilibrio hidrostático, de estrellas B0 a B9 (prototipos de estrellas que presentan anomalías en He) donde se incluyó un término que contiene la fuerza de Lorentz. A tal fin se adaptó el código de atmósferas estelares realizado por Rohrmann (2001); Rohrmann et al. (2002) que resuelve una atmósfera en equilibrio termodinámico local, usando la aproximación de capas plano-paralelas en ausencia de un campo magnético. La incorporación del término de la fuerza de Lorentz se realizó siguiendo el procedimiento de Valyavin et al. (2004) A lo largo del trabajo se analizó el efecto de la componente radial de la fuerza de Lorentz sobre la marcha de la gravedad superficial con la profundidad óptica y la latitud magnética. En todos los casos se consideró un campo dipolar con intensidades entre 0 G y 50000 G (unos 18 modelos) y la fuerza de Lorentz dirigida hacia afuera o hacia adentro de la estrella. Se discutió, además, la formación de líneas de He en presencia de campos magnéticos. A tal fin se resolvió rigurosamente la ecuación de transporte radiativo, simultáneamente con la ecuación de equilibrio hidrostático. Se encontró que los efectos de la presión magnética son más importantes cuando la fuerza de Lorentz está dirigida hacia afuera. Los cambios de densidad y presión que resultan justifican una variación local en los perfiles de las líneas de He de hasta un 7%, considerando una inversión del sentido de la fuerza de Lorentz. Luego, sobre la base del modelo de rotador oblicuo se discutió el efecto de un campo magnético medio a nivel global, calculando la contribución integrada al espectro de línea sobre el hemisferio visible de la estrella. Se encuentra que los efectos magnéticos se diluyen en este caso. Por último se analizó el efecto del campo magnético sobre la difusión. Se resolvieron las ecuaciones de difusión atómica en ausencia y presencia de un campo magnético en una atmósfera estelar, y se determinó el perfil químico resultante con la latitud magnética. En este último caso se discutieron los efectos locales. Encontramos que la difusión en presencia de un campo magnético contribuye a explicar variaciones locales en las líneas de He, de hasta un 10% en la intensidad y un 25% en el ancho equivalente con respecto a un modelo sin campo magnético. Además, fue posible identificar regiones con diferencias en la abundancia del He. Cabe destacar que en esta etapa hemos despreciado los efectos de la difusión radiativa. Finalmente, comparamos cualitativamente los resultados teóricos con algunas observaciones de estrellas peculiares en He. Consideramos que la relevancia de este trabajo reside en que es la primera vez que se realiza un análisis completo, riguroso y consistente del efecto de un campo magnético en la estructura de las fotosferas de las estrellas B de secuencia principal, que incluyen además los mecanismos de difusión atómica. Destacamos la importancia de este trabajo en el modelado de la estructura de una atmósfera y consideramos que es un importante avance para el tratamiento a futuro de un modelo más completo donde se tenga en cuenta el efecto selectivo de la fuerza de radiación, y el cambio en la abundancia química de la estrella como consecuencia de la evolución estelar.

Los sistemas dinámicos que presentan inestabilidades han sido objeto de investigaciones exhaustivas en la última década. Sin embargo, a nuestro criterio, los efectos que introducen las fluctuaciones o excitaciones irregulares en tales sistemas, es un campo abierto de estudio e investigación. Es bien conocido que sistemas dinámicos no lineales con comportamiento periódico suelen funcionar en la vecindad de un punto de bifurcación, esto es una inestabilidad. Tal es la característica de sistemas que presentan bifurcaciones de Hopf, cuyos atractores o soluciones estables consisten de puntos fijos (o sumideros) y soluciones periódicas (o ciclos límites). En este trabajo de tesis se aborda el estudio de sistemas dinámicos con ruido que presentan bifurcaciones de Hopf.

Las plantas responden a un incremento en la temperatura ambiente aumentando la elongación de pecíolos e hipocotilos. Los factores de transcripción de la familia TCP son exclusivos de plantas y están involucrados principalmente en la regulación de procesos de desarrollo y respuestas hormonales. En este trabajo, demostramos que se requieren dos proteínas TCP de clase I, TCP14 y TCP15, para dar lugar a una óptima elongación de pecíolos y del hipocotilo frente a un aumento en la temperatura ambiente. Estos factores de transcripción afectan los niveles de la proteína DELLA RGA y la expresión de varios genes relacionados con el crecimiento a altas temperaturas. Algunos de los genes regulados por TCP15 son blancos de PIF4, un regulador clave en la respuesta termomorfogénica, y muchos de los genes de este grupo contienen motivos de unión TCP en sus promotores, lo que sugiere que PIF4 y las proteínas TCP los regulan de manera conjunta. Encontramos que TCP15 regula directamente el gen de biosíntesis de giberelinas GA20ox1 y dos genes blancos de PIF4 involucrados en la promoción de la expansión celular, HBI1 y PRE6. Además, la unión de PIF4 a los promotores de GA20ox1 y HBI1 se reduce en ausencia de las proteínas TCP, lo que sugiere que las proteínas TCP son requeridas para una unión efectiva de PIF4 a los promotores de estos genes. Por último, la sobreexpresión de HBI1 rescata los defectos de crecimiento de mutantes dobles tcp14 tcp15, lo que indica que la regulación de este gen por parte de estas proteínas es importante durante la termomorfogénesis.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física, 2009.

En esta tesis se presenta el estudio de medios difusivos que contienen heterogeneidades localizadas traslúcidas, es decir, no difusivas. La peculiaridad de los tejidos blandos de permitir a la luz de longitud de onda dentro de una ventana entre los 600 a 1000 nanómetros a penetrarlos algunos centímetros, hace a esta radiación en el infrarrojo cercano una herramienta no invasiva con potencial uso en estudios médicos. Sin embargo, estos tejidos no permiten la propagación de luz en este rango espectral en forma rectilínea, sino que se presentan como difusivos, deteriorándose así la resolución espacial de las imágenes que pueden obtenerse de ellos. De esta forma es necesario desarrollar técnicas experimentales y estrategias de análisis de datos especí cas para poder obtener información óptica de los mismos. A lo largo de la tesis se presentará tanto un análisis topográ co, con resolución en dos dimensiones, como tomográ co, el que permite una reconstrucción de todo el volumen bajo estudio. Es de particular interés para este trabajo la aplicación a la mamografía, dado que el tejido mamario puede sufrir diferentes tipos de lesiones, tales como tumores o quistes. El estudio se realiza sobre fantomas, que son émulos de tejido que imitan sus propiedades ópticas y que contienen inclusiones que representan tumores y/o quistes, con la nalidad principal de estudiar cómo es la in uencia de este último tipo de alteraciones, cuyas características ópticas son no difusivas, inmersas en medios difusivos, sobre las imágenes ópticas y el transporte de la luz en estos medios. El principal objetivo de este trabajo se centra en la localización 3D y caracterización óptica de heterogeneidades traslúcidas en medios turbios, y se enmarca dentro de uno de los objetivos generales del grupo de Óptica Biomédica (IFAS-CIFICEN-UNCPBA) orientado al desarrollo de técnicas ópticas, como es la tomografía óptica difusa, y al desarrollo de algoritmos que permitan reconstruir estos tejidos con diferentes tipos de heterogeneidades, ya sean quistes o tumores.

Este trabajo de tesis es una síntesis de los trabajos realizados durante los últimos cinco años, en el Instituto de Física Arroyo Seco, dependiente de la unidad ejecutora CIFICEN y el CONICET, y la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Fue realizada, además, gracias a una beca de doctorado otorgada por el CONICET. El objetivo principal es el estudio de la propagación de la luz en medios tipo biológicos, inhomogéneos (con el agregado de agentes de contraste fluorescentes), por medio de transmitancia difusa con fluorescencia, es decir, estudiando la luz que emerge de la cara opuesta a la que se ilumina. En particular se pretende determinar los límites de la técnica, para inclusiones absorbentes y fluorescentes cuando se encuentran inmersas en un medio también absorbente y fluorescente, pero con concentraciones menores de elementos absorbentes y de fluoróforo. Es necesario, además, determinar si existen ventajas en el uso de la fluorescencia, en contraste con su no utilización. Esta técnica tiene importantes aplicaciones en la Biomedicina, particularmente en la detección de tumores en mamas. El cáncer de mama es el tipo de cáncer más frecuente entre las mujeres, alcanzando 1.7 millones de casos detectados en 2012. Esto representa alrededor del 12% de todos los cánceres detectados, y alrededor del 25% de los detectados en mujeres. Puede ocurrir tanto en hombres como en mujeres, aunque es infrecuente en los primeros. El método de diagnóstico actual es la mamografía por rayos X en conjunto con ecografías y análisis químicos. La mamografía tradicional no solo puede llegar a ser contraproducente, debido a que los rayos X es un tipo de radiación ionizante, sino que es solo cualitativa, ya que no es posible determinar a priori entre tumores malignos y benignos. La mamografía optica difusa ha surgido en las últimas décadas, en principio no como un reemplazo, sino como un complemento de las técnicas bien establecidas. Al emplear radiación en la zona del espectro del infrarrojo cercano se evitarían los posibles efectos secundarios y se podría emplear no solo como técnica de detección sino también como control post operatorio o de terapias neoadyuvantes, abriéndose la posibilidad de realizar exámenes diarios para controlar la evolución del paciente. Los experimentos fueron realizados sobre fantomas, es decir, medios turbios construidos con propiedades ópticas similares a las de los tejidos biológicos. La transmitancia se realiza iluminando el fantoma con una luz continua cuya longitud de onda se encuentra en la zona del infrarrojo cercano (NIR), y capturando imágenes del fantoma, con una cámara EMCCD (Electron Multiplying CCD). La técnica utilizada se basa en mejorar la detección de la inclusión, es decir, el contraste de la imagen, a partir de un proceso de normalización de las mismas. Se estudiaron los componentes absorbentes y difusivos de los fantomas, haciendo hincapié en los primeros. Esto se ve motivado por el hecho de que la absorción intrínseca en el NIR de un tejido es principalmente debida a la hemoglobina. Una de las características principales de los tumores es el aumento localizado de la absorción en la zona dónde éstos se desarrollan, debido fundamentalmente al incremento del volumen de hemoglobina causado por la red de capilares que se forma alrededor de ellos para el transporte de la sangre que alimenta a sus células y les permite crecer. Por ello se estudiaron distintas opciones de elementos absorbentes: tintas chinas (usualmente empleadas en estos experimentos) y una tinta de impresora. En cuanto a los dispersores, se comparó la estabilidad temporal de fantomas preparados con distintos elementos: leche e Intralipid. A modo de aumentar la señal de contraste en las imágenes obtenidas, se estudió la incorporación de una molécula fluorescente, en este caso la indocianina verde (ICG) para marcar la posible zona tumoral. La inclusión de métodos de contraste extrínseco es una práctica común en la medicina, y la indocianina verde tiene la ventaja de ser inocua para el cuerpo, estando ya aprobada para su uso por los gobiernos de distintos países. Todo esto es posible debido a la vascularización que suele producirse alrededor de los tumores; la indocianina tiende a acumularse en esta región por más tiempo que en el resto del cuerpo, por lo que su concentración, relativa a la zona que rodea al tumor, aumenta con el tiempo, hasta llegar a un máximo. Luego decrece hasta desaparecer completamente, siendo metabolizada. Para simular este proceso, se estudiaron distintas concentraciones de indocianina en la inhomogeneidad y en el medio. Se analizaron entonces fantomas con inclusiones dos veces más absorbentes que el medio, y con el agregado de moléculas fluorescentes tanto en el medio como en la inclusión. Es importante notar que utilizar una inhomogeneidad solo dos veces más absorbente que el huésped es una situación muy exigente; en los trabajos reportados previamente por otros autores, suelen emplear contrastes de cinco veces más absorción, en adelante. En cuando a la fluorescencia, la mayoría de los trabajos reportan haber usado concentraciones altas de ICG (mayores a 200 nM), y solo en la inhomogeneidad; en este trabajo se pretende estudiar casos más realistas, con el fluoróforo presente tanto en la inclusión como en el medio, y en concentraciones más bajas. La detección de la inclusión se estudió dependiendo de la proporción del fluoróforo con respecto al medio, la distancia al eje óptico del sistema, y la distancia entre la inhomogeneidad y las super cies del fantoma. Se analizaron para ello tanto las imágenes de absorción como las de fluorescencia. La tesis está diagramada de la siguiente manera: en el Capítulo 1 se hará una revisión desde el punto de vista histórico de cómo los métodos de diagnóstico médico han evolucionado a lo largo del tiempo, apuntando a las aplicaciones médicas que este trabajo puede aportar; en el Capítulo 2 se presentarán los aspectos generales de los tumores, que son la base para el desarrollo de experimentos lo más realistas posibles, en cuanto a su semejanza con los casos clínicos; en el Capítulo 3 se realizará una descripción teórica sobre el transporte de la luz en un medio turbio, describiéndose además las geometrías de estudio; en el Capítulo 4 se describirá la técnica para determinar las propiedades ópticas de los medios turbios; en el Capítulo 5, se describirán los métodos para elaborar los fantomas que se estudiarán. El Capítulo 6 presenta un estudio de los materiales empleados para la elaboración de dichos fantomas, centrándose especialmente en los agentes absorbentes. Finalmente, en el Capítulo 7 de hará una descripción de los experimentos de transmitancia difusa, y en el Capítulo 8 se presentarán los resultados obtenidos en dichos experimentos. En el Capítulo 9 se expondrán las conclusiones a las que se llegaron a partir de los resultados obtenidos. Podemos afirmar en esta tesis que la incorporación de agentes fluorescentes de contraste del tipo de la ICG aportan una notable mejora en la detección de inclusiones absorbentes aún cuando las concentraciones relativas son cercanas.