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En esta tesis estudiamos las propiedades de transporte de carga y energía en sistemas de escala mesoscópica que se encuentran fuera del equilibrio debido a la acción de potenciales dependientes del tiempo. Con el objetivo de estudiar las propiedades termodinámicas y fenómenos termoeléctricos en sistemas fuera del equilibrio, nos enfocamos en describir la relación entre corrientes de partículas y de energía. En primer lugar, comenzamos estudiando transporte eléctrico en sistemas de tipo Aharonov-Bohm con anillos conectados a dos electrodos y en presencia de campos magnéticos alternos. Analizamos las condiciones para generar corrientes de bombeo continuas en el régimen adiabático y las propiedades de simetría de esta corriente ante la inversión del campo magnético. Luego nos enfocamos en el estudio de transporte dependiente del tiempo de energía y calor en sistemas con voltajes alternos aplicados. En este punto, presentamos una expresi ón apropiada para el cálculo de las corrientes de calor en cada parte del sistema, en acuerdo con los principios fundamentales de la termodinámica. Por último, derivamos una teoría termoeléctrica generalizada que incluye no solo las corrientes de bombeo de carga y calor, sino también el trabajo intercambiado entre el sistema cuántico y las fuentes externas dependientes del tiempo. También presentamos expresiones para los coeficientes termoeléctricos que obedecen relaciones de reciprocidad de Onsager. Esta teoría termoeléctrica generalizada nos permitió describir y caracterizar en término de eficiencias y figuras de mérito máquinas cuánticas tales como motores, generadores, maquinas térmicas y bombeadores de calor. A lo largo de la tesis, la resolución de los problemas se basó en la aplicación del formalismo de funciones de Green de Keldysh para sistemas fuera del equilibrio, y fue acompa~nada por resultados numéricos.

El transporte de rayos cósmicos galácticos (GCRs, por sus siglas en inglés Galactic Cosmic Rays) en la heliósfera es de gran interés en Física Espacial, en particular porque su flujo es un indicador “global” de las condiciones interplanetarias, poniendo a prueba modelos de campo magnético, turbulencia y de ondas de choque. En esta Tesis se presenta un análisis de eyecciones interplanetarias de masa coronal (ICMEs, por sus siglas en inglés Interplanetary Coronal Mass Ejections) y nubes magnéticas (MCs, por sus siglas en inglés Magnetic Clouds) y su relación con GCRs, usando mediciones in situ de propiedades del viento solar, y mediciones de detectores de superficie que miden el flujo de GCRs en la Tierra. Se desarrolla y se usa el método de época superpuesta, para estudiar dicha relación en diversas fases del pasajes de las ICMEs/MCs. Se introduce y analiza un modelo del flujo de GCRs, y se encuentra que las fluctuaciones magnéticas juegan un rol importante tanto al inicio del pasaje de estas estructuras como al final. Se encuentran discontinuidades del flujo de GCRs en el borde delantero de la ICME/MC, indicando que las propiedades difusivas a lo largo de dicha interface cambian bruscamente. Por otro lado, se exploran los modos de baja energía del observatorio Pierre Auger, implementando una serie de algoritmos para obtener flujos de partículas secundarias. Se encuentra por primera vez la modulación del ciclo solar sobre el flujo de GCRs medido con datos de Auger, y se verifica que el perfil de largo plazo (8 años) es consistente con mediciones de monitores de neutrones (que detectan partículas con menor energía). A partir de simulaciones numéricas de trayectorias de partículas de prueba (protones con energía cinética de 1 GeV), se estudian propiedades de transporte de GCRs en la heliósfera, considerando medios magnéticos turbulentos prescritos. La dispersión de estas partículas debido a fluctuaciones magnéticas permite que las partículas se propagen en dirección perpendicular al campo de gran escala Bo hasta alcanzar el régimen difusivo. Se determinaron los caminos libres medios λ∥ ,λ┴ (en dirección paralela y perpendicular a Bo) asociados a este transporte difusivo. Esta caracterización dió lugar a determinar una ley empírica de λ∥ ,λ┴ como función del campo magnético local en la heliósfera.

Fil:Fontenla, Juan Manuel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

En esta Tesis se investigan propiedades de transporte de carga eléctrica y de calor en dispositivos de escala mesoscópica. En particular, estudiamos sistemas mesoscópicos unidimensionales, los cuales no pueden ser entendidos dentro del marco de la teoría del líquido de Fermi, sino que pertenecen a otra clase de universalidad conocida como líquidos de Luttinger. En el Capítulo 1 se presenta la definición del concepto de sistema mesoscópico y la naturaleza de la resistencia (o conductancia) en este tipo de sistemas. También se describen los dispositivos experimentales que presentan comportamiento tipo Luttinger, como los cables cuánticos y los estados de borde de efecto Hall. En el Capítulo 2 se detallan de manera resumida las técnicas formales utilizadas para estudiar los problemas abordados: el formalismo de Keldysh de funciones de Green fuera del equilibrio, y la bosonización, que es un m étodo adecuado para estudiar los líquidos de Luttinger. Los Capítulos 3 y 4 reúnen las contribuciones originales de esta Tesis.

El presente trabajo pretende proporcionar una descripción de la física de hadrones en el caso en que puede tratárselos como campos locales. Esta descripción se enmarca en el formalismo que se ha dado en llamar Dinámica Cuántica de Hadrones (DCH). El área de aplicación es vasta, abarca desde la hipotética materia nuclear hasta los núcleos finitos y procesos de dispersión. Admite, por lo tanto, una comparación directa con la experiencia. Desde el área nuclear deben requerirse valores adecuados para la densidad de saturación de la fuerza nuclear, la energía de ligadura por nucleón, el espesor de la superficie nuclear y la compresibilidad entre otras propiedades.

A pesar de que aún no se cuenta con un escenario definitivo que explique tanto la formación de los cúmulos globulares (CGs) como sus propiedades más significativas, se cree que estos objetos se originaron en los estallidos de formación estelar más intensos en la vida de las galaxias. Por otro lado, si bien en a actualidad se conocen casos de CGs jóvenes, es reconocido que la mayoría de ellos constituyen objetos antiguos con edades mayores a los diez mil millones de años. Debido a lo antes mencionado, sumado al hecho de que es posible observarlos a decenas de Mpc, los cúmulos globulares han jugado un rol importante en varios aspectos relacionados con el estudio de la evolución estelar y el enriquecimiento químico ocurrido durante los principales acontecimientos de la historia de ensamble de las galaxias, lo que los convierte en verdaderas reliquias de las primeras etapas de su formación. Una de las características más destacadas es el hecho de que en la gran mayoría de las galaxias masivas de tipo temprano, los sistemas de CGs presentan una distribución bimodal o multimodal en sus colores integrados. De acuerdo a las propiedades generales de los CGs antes mencionadas, esto estaría indicando la existencia de, por lo menos, dos subpoblaciones de CGs: los azules, o de menor contenido de metales, y los rojos, de relativamente mayor metalicidad. Esta bimodalidad en la composición química ha sido confirmada mediante estudios espectroscópicos en varias galaxias, lo que se traduciría en la existencia de, al menos, dos fases principales de formación estelar intensa en las galaxias anfitrionas. Si bien trabajos recientes evidencian la presencia de poblaciones estelares multiples en muchos CGs de nuestra galaxia, se debe destacar que los mismos continuan siendo una muy buena representación de lo que se denomina “Poblaciones estelares simples” (SSP, por sus siglas en Inglés) debido a que el efecto de la presencia de dichas subpoblaciones no son aún detectables empleando cantidades integradas. Estos aspectos simplifican significativamente la obtención de información y la determinación de sus edades y metalicidades con respecto al de las poblaciones estelares que constituyen la luz integrada de su galaxia anfitriona. En este marco teórico la galaxia elíptica gigante NGC 1316, una de las radiofuentes más cercanas e intensas del hemisferio sur (Fornax A), aparece como un objeto particularmente atractivo. Por un lado, la galaxia presenta una serie de propiedades morfológicas en el espectro óptico que parecen ser las huellas digitales de una fusión de edad intermedia (∼3×E(9) años), entre las que se destacan un complejo sistema de cáscaras y una inusual estructura de polvo, integrada por largos filamentos y estructuras oscuras. Por otro lado, la galaxia exhibe un prominente sistema de CGs, el cual posee una serie de características que lo distinguen del de otras galaxias elípticas “típicas”. Esta galaxia pertenece a Fornax, uno de los grupos de galaxias más cercanos y estudiados del Hemisferio sur. Partiendo de la idea de que los sistemas de cúmulos globulares constituyen auténticos trazadores de la formación y evolución de las galaxias que los contienen, en el presente trabajo de Tesis se exhibe una combinación de fotometría de alta calidad, con observaciones espectroscópicas de candidatos a cúmulos globulares asociados a dicha galaxia. En una primera etapa, se llevó a cabo la reducción y el posterior análisis de un mosaico formado por ocho campos profundos, observados utilizando la cámara Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS), montada en el telescopio Gemini Sur, a través de los filtros g, r e i . Posteriormente, se realizó una cuidadosa fotometría de ajuste de “point spread function” (PSF), la cual fue utilizada para identificar la presencia de cuatro subpoblaciones de cúmulos estelares. Por un lado, se mostró que NGC 1316 posee los “clásicos” CGs denominados azules y rojos. Pero por otro, también se presentó evidencia clara de la existencia de una subpoblación dominate de edad intermedia. Adicionalmente, se presentaron indicios de la existencia de una cuarta subpoblación, posiblemente aún mas joven. En una segunda etapa, se realizó un estudio espectroscópico de aproximadamente 40 candidatos a CG pertenecientes a NGC 1316, utilizando el modo multi-objeto de la cámara GMOS de Gemini Sur. Como resultado de la buena calidad de los datos, y de una detallada reducción, se obtuvieron espectros con una excelente relación señal-ruido (S/N) (alguno de ellos con S/N > 50). Esto permitió, a través de la medición de diferentes índices de Lick y su posterior comparación con modelos de poblaciones estelares simples (SSP), confirmar la presencia de subpoblaciones jóvenes, y determinar con errores relativamente bajos, metalicidades y abundancias de elementos α. Finalmente, estos resultados fueron analizados en conjunto con datos y estudios presentes en la literatura, con el objetivo de describir los diferentes episodios de formación estelar y de esta manera delinear la historia evolutiva de NGC 1316.