Universidad Autónoma de Madrid
Department of Theoretical Physics

Departamento de Física Teórica
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Degree Tutored Thesis

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Trabajo de Fin de Grado Tutorizado


Trabajo Fin de Grado Tutorizado

Oferta Dpto. Fisica Teórica

coordinador: Carlos Eiroa

Conoce las ofertas específicas que ofrece el Departamento de Física  Teórica para el curso académico 2016-2017 en la asignatura de Trabajo de Fin de Grado

1. Computational Cosmology
Tutor: A. Knebe.
Número de estudiantes: 1

Computational Cosmology is the  modeling of structure formation in the
Universe by  means of numerical simulations. These  simulations can be
considered as the  only “experiment” to verify theories  of the origin
and evolution of  the Universe. Over the last  30 years great progress
has  been made in  the development  of computer  codes that  model the
evolution of matter on cosmic  scales and this new research discipline
has established itself.

The aim  of this project is  to familiarize with some  of the standard
tools used for simulating  cosmic structure formation in the Universe,
i.e.  the codes  NgenIC  (generating the  initial conditions),  GADGET
(running  the simulation),  and  AHF (analysing  the simulation).  The
student is  supposed to run several different  cosmological models and
cross-compare the results with each other.


2.  Medidas de  la constante de acoplo fuerte en el  LHC a escalas mas
alla de 1 TeV como test de precision de QCD

Tutor: F. Barreiro
Número de estudiantes: 1

Las energias alcanzadas en el Run II con el LHC permiten el estudio de
la  produccion de  muchos chorros  a escalas  mas alla  de 1  TeV. Las
medidas   de  ciertas  variables   estables  infrarojas   permiten  la
determinacion  de la  constante  de estructura  fuerte  a escalas  que
varian  de 200  GeV a  2 TeV  y que  supondran un  test preciso  de as
predicciones del  grupo de renormalizacion. 

3. Estudios del boson de Higgs  en los modos de desintegracion a pares
de quarks b y/o de taus

Tutor: F. Barriero
Número de estudiantes: 1

El boson de  Higgs ha sido detectado en sus  modos de desintegracion a
dos  bosnes,  (fotones,   Zs,  Ws)  pero  no  a   pares  de  leptones,
notablemente taus y quarks-b. La luminosidad y las energias alcanzadas
en  el   Run  II   permitiran  arrojar  luz   sobre  estos   modos  de
desintegracion.

4. Decoherencia cuántica
Tutor: José L. Sánchez Gómez
Número de estudiantes: 1

Este  TFG trata de  la cuestión  de la  decoherencia, fenómeno  que se
produce al  interactuar un sistema  cuántico abierto con su  entorno e
ignorar  los aspectos cuánticos  de este,  y que  da lugar  en ciertos
casos a la destrucción  prácticamente total de las correlaciones entre
los componentes  del estado cuántico en cuestión  (pérdida efectiva de
la  coherencia   cuántica,  de  ahí   el  nombre).  Se   analizará  la
decoherencia  en relación  con el  problema de  la medida  en mecánica
cuántica (MC), viendo  como se puede llegar a  una solución “práctica“
de dicho  problema. Se estudiará  un caso concreto  sencillo, tratable
analíticamente,   como   es   el   de   un  oscilador   en   un   baño
térmico.  Einalmente  se  abordará  el  problema  más  difícil  de  la
decoherencia en  sistemas cerrados, de especial  interés en cosmología
cuántica, introduciendo la formulación de “Historias Consistentes”, en
la formulación de  Gell-Mann y Hartle. En resumen,  los temas a tratar
serían:

i)  Introducción. Correlaciones  y  medidas. La  cuestión  de la  base
preferida.
ii)  Interacción con  el  entorno. Pérdida  efectiva  de información  y
decoherencia. Tiempo de decoherencia. Un ejemplo resoluble.
iii)  El límite clásico  de la  mecánica cuántica.   La cuestión  de los
sistemas cerrados, relevancia en cosmología cuántica.
iv)  Introducción a  la formulación  de historias  de la  MC. Historias
decoherentes y aproximación semiclásica en cosmología cuántica.

NOTA  IMPORTANTE: Debido  a la  naturaleza de  este TFG,  es condición
necesaria  para solicitar  su  realización el  haber  cursado o  estar
cursando  al solicitarlo  la asignatura  “Mecánica  Cuántica” optativa
(conocida como MC avanzada) de 4º.


5. Introducción a la teoría de cuerdas.
Tutores: L. Ibañez, F. Carta, A. Landete
Número de estudiantes: 1

Los pilares fundamentales de la  física moderna son la teoría cuántica
de  campos   y  la  relatividad  general.  La   combinación  de  ambos
formalismos, en la actualidad, es un reto debido a que la cuantización
de la  gravedad presenta problemas  en teoría cuántica de  campos. Una
posible solución a este problema es la Teoría de Cuerdas.  Por ello en
este trabajo proponemos realizar  una introducción a esta teoría donde
se comenzará con el estudio  de la cuerda bosónica y posteriormente se
introducirán conceptos básicos de  supercuerdas. De manera opcional se
estudiará  la dinámica  de  objetos extendidos,  llamados branas,  los
cuales  juegan un  papel fundamental  en  la actualidad  en Teoría  de
Cuerdas, tanto en  fenomenología más allá del Modelo  Estándar como en
Cosmología.

6. El bosón de Higgs e inflación cósmica. 
Tutores: L. Ibañez, S. Bieleman,  A. Landete
Número de estudiantes: 1

Este trabajo se  centra en el estudio de  la fenomenología asociada al
bosón de Higgs  tanto desde el punto de vista  de Física de Partículas
como  el  de Cosmología.   Por  ello,  en  primer lugar,  se  tratarán
aplicaciones en  Física de Partículas, donde se  estudiará el fenómeno
de   la   ruptura  espontánea   de   simetría   y   el  mecanismo   de
Higgs.  Posteriormente, en  el campo  de la  Cosmología se  tratará el
estudio de  la partícula  de Higgs en  modelos sencillos  de inflación
cósmica.

7.  Cálculos variacionales  de  estructura  nuclear con  interacciones
realistas del modelo de capas.

Tutores: Tomas Rodriguez, Luis Robledo
Número de estudiantes: 1  o 2

El núcleo atómico  es un sistema de muchos  cuerpos cuántico compuesto
por nucleones  (protones y neutrones)  que interaccionan entre  sí con
fuerzas complejas. Los métodos más  usados para resolver la estructura
de estos  sistemas (niveles de energía,  probabilidades de transición,
etc.)  se  dividen  entre  el   modelo  de  capas  con  interacción  y
aproximaciones  variacionales   tipo  Hartree-Fock  (campo   medio)  y
extensiones.   En el  primer caso  el  problema de  muchos cuerpos  se
reduce a la diagonalización exacta de un Hamiltoniano efectivo, basado
en  interacciones nucleares  realistas, y  definido en  un espacio  de
valencia  en  el  que  no   todas  las  partículas  del  núcleo  están
activas.  Por otro  lado, en  los métodos  de campo  medio, todos  los
nucleones están activos  y el problema no se  resuelve exactamente, si
no  que  se emplean  aproximaciones  variacionales.   En este  TFG  se
propone, en una primera parte, estudiar  las bases de ambos métodos y,
en una  segunda etapa,  combinar ambos métodos  haciendo comparaciones
entre uno  y otro en  espacios de  valencia pequeños. Se  valorará muy
positivamente el manejo del ordenador como herramienta computacional y
el conocimiento de algún lenguaje de programación.


8. La huella de  un agujero negro  activo en el espectro DE una galaxia

Tutoras: Monserrat Villar, Angeles Diaz
Numero de estudiantes: 1

Se propone  caracterizar las propiedades  físicas y de  ionización del
gas  (densidad,  temperatura,  enrojecimiento   por  polvo,  nivel  de
ionización) de dos  galaxias de naturaleza muy  diferente: una galaxia
activa  y una  galaxia  con formación  estelar  intensa (starburst)  a
partir de los  espectros ópticos. Los pasos  serán: (i) identificación
de  las principales  líneas de  emisión del  gas en  el espectro  (ii)
determinación de  la densidad, temperatura, enrojecimiento  y nivel de
ionización del  gas con sus errores,  haciendo uso de pares  de líneas
espectrales sensibles a cada propiedad física (iii) comparación de los
resultados entre los dos espectros. El proyecto permitirá adquirir y/o
afianzar conocimientos  sobre una  variedad de aspectos  relevantes en
multitud de  investigaciones astronómicas: 1) conceptos  básicos sobre
espectroscopía  astronómica,  2)  conceptos   de  física  atómica  que
explican  la  utilidad de  las  diferentes  líneas espectrales  y  sus
cocientes  como  diagnósticos  de  propiedades  físicas  3)  conceptos
necesarios para la  interpretación física de las  diferencias entre el
espectro de una galaxia activa y el de una galaxia starburst 4) uso de
herramientas de software adecuadas para el análisis de espectros.

9. Radiacion gravitatoria.

Tutor: Enrique Alvarez
Numero de estudiantes: 1

El descubrimiento de la radiacion  gravitatoria por LIGO en 2016 marca
un  antes  y un  despues  en  nuestras  capacidades para  observar  el
Universo. Sin embargo la definicion  precisa de una onda en relatividad
general  es algo  no  trivial.  Intentaremos entender  por  que es  no
trivial y  cual es  el punto  de vista hoy  aceptado por  la comunidad
cientifica

10. Análisis de datos en simulaciones de Física Hadrónica.
Tutor: Carlos Peña
Numero de estudiantes: 1

El  análisis y  modelización de  datos  es un  componente esencial  en
numerosos campos  de la Física.  En particular,  en el contexto  de la
Física de  Altas Energías,  tiene un  papel prominente  no sólo  en el
contexto obvio de  los experimentos, sino también  en aquellos ámbitos
de la  Física Teórica en los  que es necesario el  uso de herramientas
numéricas para realizar cálculos complejo.  Un ejemplo conspicuo es la
física  de la  interacción  fuerte, responsable  del confinamiento  de
quarks y gluones en estados hadrónicos como protones y neutrones, y de
las propiedades de los mismos.  La comprensión de dichas propiedades a
nivel fundamental  es esencial a la  hora de explorar los  límites del
Modelo  Estándar  de  la  Física  de  Partículas,  tanto  directamente
(estudiando la llamada "Física del Sabor") como indirectamente (ya que
están  en la  base  de las  interacciones entre  protones  con que  se
explora la frontera de energía en el experimento LHC).

El  trabajo se  ocupará de  la  aplicación de  técnicas de  inferencia
bayesiana  al  análisis  de  datos  provenientes  de  simulaciones  de
Cromodinámica Cuántica  en la  Red. En  particular, se  explorarán las
propiedades y posibilidades de la estrategia llamada "Ajuste Bayesiano
Extremo",  que  intenta  optimizar  la  precisión  de  los  parámetros
determinados a partir de un conjunto concreto de datos. Como parte del
trabajo,  se  aplicarán  estos   métodos  al  problema  de  determinar
constantes fundamentales del Modelo Estándar, como e.g. masas de quark
o parámetros de mezcla de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa.

11. Measuring host stars of protoplanetary discs
Tutores: Gwendolyn Meeus, Benjamin Montesinos
Numero de estudiantes: 1

On  Sep. 14th,  2016, there  was the  first data  release of  the GAIA
mission (http://www.cosmos.esa.int/web/gaia), providing  for the first
time accurate distances for millions  of stars. This is very important
to  derive  fundamental stellar  parameters,  such  as luminosity  and
temperature.

Herbig Ae/Be  stars are young  objects surrounded  by a disc  in which
planets  are expected  to  form.  In order  to  be  able to  interpret
observations of  their protoplanetary  disc, it  is important  to know
accurate stellar parameters of the central objects.

In this  work I  propose to  carry out a  systematic study  of stellar
parameters  for a  sample  of Herbig  Ae/Be stars.  Once  the data  is
extracted from the  GAIA archive, complemented by  literature data, we
can plot the objects in a Hertzsprung-Russell diagram and derive their
age  and mass  with theoretical  isochrones. The  student will  become
familiar with the methods we  use to determine effective temperatures,
gravities,  abundances, distances,  ages  etc., as  well  as with  the
general features that characterize young stars and their discs.

12.  Cometas  extrasolares
Tutores: C. Eiroa, Isabel Rebollido
Número de estudiantes: 1

¿Sabes que  los cometas y  otros cuerpos sólidos son  elementos claves
 para conocer la historia del Sistema Solar, su formación y evolución?
 ¿Sabes  que los  cometas se  manejan como  uno de  los actores  en el
 surgimiento de vida  en la Tierra? ¿Sabes que se  conocen más de 3000
 planetas  extrasolares?  ¿Sabes  que conocemos  más de  un millar  de
 estrellas con discos protoplanetarios?  ¿Sabes que, sin embargo, sólo
 conocemos una estrella, beta  Pictoris, con evidencias inequívocas de
 cometas orbitando en torno a ella, y apenas una docena con evidencias
 circunstanciales?   ¿Sabes  que en  nuestro  grupo  de la  UAM  hemos
 encontrado recientemente una estrella que presenta una extraordinario
 contenido de exocometas  en su entorno, similar al  de beta Pictoris?
 En este trabajo proponemos profundizar  el estudio de estrellas y sus
 entornos  cometarios,  estudiando  y  analizando  espectros  de  alta
 resolución  de una  estrella  con  indicios claros  de  cometas a  su
 alrededor.

13. Searches  for early galaxies  during the Epoch of  Reionization of
the Universe

Tutores: L. Colina (CSIC Centro de Astrobiologia), C. Eiroa
Número de estudiantes: 1

SUMMARY: The Universe  went through a reionization phase  at very high
redshifts. This phase started at  a SUMMARY: The Universe went through
a reionization phase  at very high redshifts. This  phase started at a
redshift of about 10 when the  Universe was fully neutral and ended at
a redshift of about six when the Universe became fully ionized. One of
the  primary goals  of the  future James  Webb Space  Telescope  is to
identify and  study the  nature of the  ionizing sources and  how they
evolved  into  the actual  population  of  galaxies,  using very  deep
imaging and spectroscopy. This  work proposes to simulate the expected
spectra of these first (proto)galaxies in the Universe and to simulate
how they will appear in multi-wavelength broad-band JWST deep imaging.

METHODOLOGY: Using  available software, the  stellar continuum spectra
of low  metallicity young  stellar populations and  associated ionized
emitting gas will be simulated  for a range of metallicities, ages and
masses.   The   spectra  will  then   be  combined  with   the  filter
transmission curves of the NIRCam and MIRI instruments to simulate the
expected apparent magnitudes and colors of young galaxies at redshifts
5 to 10.

14. La singularidad de Schwarzschild.
Tutor: Enrique Alvarez
Número de estudiantes: 1

Es bien sabido que las  coordenadas de Schwarzschild son extensibles a
traves del horizonte.  La extension analitica maximal es la metrica de
Kruskal,  que  es  singular  en  el origen.  Lynden-Bell  y  Katz  han
propuesto una extension no analitica mas alla de la singularidad. Esta
extension   sin   embargo   implica  postular   fuentes   de   dificil
interpretacion fisica.

15. Evaporacion de agujeros negros.
Tutor: Barbon y Alvarez
Número de estudiantes: 1

Desde un  punto de vista de  principio, la evaporación  completa de un
agujero  negro plantea  problemas conceptuales,  ya que  parece  que a
partir de un estado inicial puro, el estado final puede ser una matriz
densidad, lo que viola unitariedad.

16.  Estudio  de  las  desintegraciones  beta  con  modelos  nucleares
microscópicos

Tutores: Tomás Rodríguez, Luis Robledo.
Número de estudiantes: 2

La desintegración  beta menos (más)  es un proceso electrodébil  en el
que un núcleo con N neutrones  y Z protones se transforma en un núcleo
isóbaro con N-1  neutrones (N+1) y Z+1 protones  (Z-1), emitiéndose un
electrón  (positrón) y  un antineutrino  (neutrino)  electrónico. Este
tipo  de proceso,  en los  que cambia  la carga,  es  habitualmente el
responsable de que  los núcleos inestables con un  exceso de neutrones
(protones) se desintegren hasta llegar  a los núcleos dentro del valle
de la estabilidad.   En este trabajo fin de  grado se estudiarán estas
desintegraciones  usando  modelos  microscópicos  del  núcleo  atómico
dentro de las aproximaciones de campo medio nuclear.

17. Descripción microscópica de la dinámica colectiva del núcleo atómico.
Tutor: Alfredo Poves
Numero de estudiantes: 1
(este trabajo tiene sinergias con los temas propuestos por Luis Robledo 
y Tomás Rodriguez )

La  dinámica del  núcleo atómico  esta  dominada por  la aparición  de
fenómenos colectivos como  modos vibracionales, deformación permanente
y  espectros  rotacionales,  superfluidez,  etc. En  este  trabajo  se
utilizará el modelo de capas con mezcla de configuraciones SM-CI, para
describir microscópicamente dichos comportamientos en casos realistas,
comparando con los datos experimentales e interpretando los resultados
por medio  de modelos  analíticos.  Algunos de  ellos, basados  en las
simetrías de la  interaccion nuclear, hacen uso de  técnicas de teoría
de grupos.  Se  dispone de los programas necesarios  para los cálculos
de SM-CI. Se requieren habilidades computacionales básicas.


18 Aprendizaje en modelos de redes corticales.
Tutor: Nestor Parga
Numero de estudiantes: 1

Recientemente  se han  desarrollado métodos  eficientes para  entrenar
modelos de  redes corticales  a realizar tareas  semejantes a  las que
ejecuta  un  animal  en  laboratorios de  electrofisiología.  Esto  se
consigue  adaptando  los valores  de  las  eficiencias sinápticas  (la
interacción entre neuronas).  Las redes así entrenadas  son capaces de
mantener  información  en  la  memoria  de  corto  plazo  y  de  tomar
decisiones  basándose  en la  percepción  [1,2,3].  Sin embargo  estos
métodos aún no  son realistas porque el aprendizaje  usa un supervisor
(que  ciertamente no  existe dentro  del cerebro…)  y las  neuronas se
describen con  variables continuas. En  la realidad el  aprendizaje se
produce a través de la recompensa  que se obtiene al ejecutar acciones
correctas y las neuronas se comunican por medio de espigas. No existen
en la  actualidad métodos  capaces de  implementar un  aprendizaje con
estas características en modelos de  redes corticales. En este trabajo
se  propone  realizar  un   estudio  sistemático  de  las  principales
propuestas  que se  han realizado  para conseguir  un aprendizaje  por
medio  de la  recompensa en  redes de  neuronas que  producen espigas.

1. D. Sussillo & L.F. Abbott. Generating coherent patterns of activity
from chaotic neural networks. Neuron, 63: 544-557, 2009
2. F. Carnevale, V. de Lafuente, R. Romo, O. Barak & N. Parga. Dynamic
control  of response  criterion in  premotor cortex  during perceptual
detection under temporal uncertainty. Neuron, 86: 1067-1077, 2015
3.     V.      Mante,     D.      Sussillo,     K.V.      Shenoy     &
W.T. Newsome.  Context-dependent computation by recurrent  dynamics in
prefrontal cortex. Nature, 503: 78-84, 2013

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