Física (Dr.)

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    Estudio de las condiciones de sobreirradiancia: su impacto en la distribución espectral en distintas latitudes y su relación con la profundidad óptica de las nubes
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-18) Zamalloa Jara, Marco Antonio; Palomino Töfflinger, Jan Amaru; Grieseler, Rolf
    Los eventos de sobreirradiancia y sobreirradiancia-extrema recientemente han llamado la atención de la comunidad fotovoltaica puesto que, si los inversores no han sido dimensionados adecuadamente, se pueden sobrecargar y afectar el funcionamiento de los sistemas de protección instalados en plantas de generación fotovoltaica, ocasionando daños potenciales y pérdidas económicas. Para comprender el mecanismo de los eventos de sobreirradiancia se han aplicado modelos de simulación sin mucho éxito, pues sus estimaciones difieren significativamente de los datos experimentales. Pese a que estos eventos fueron registrados hace más de medio siglo, aún falta entender las condiciones para que se produzcan. Existen dos hipótesis: la primera afirma que estos se producen por reflexión en los bordes y lados de las nubes gruesas fragmentadas, y la segunda indica que se deben a una fuerte dispersión de Mie hacia adelante en nubes delgadas. Este trabajo pone a prueba tales hipótesis usando datos de irradiancia espectral de espectrorradiómetros y datos satelitales de la profundidad óptica de las nubes. Se demuestra que el impacto de los eventos de sobreirradiancia sobre la distribución espectral produce un corrimiento al rojo, que el mayor incremento de la irradiancia se da en la región del infrarrojo, y se determina que nubes gruesas fragmentadas están presentes durante estos eventos. Esto nos lleva a concluir que, la presencia de nubes gruesas fragmentadas son condiciones favorables para los eventos de sobreirradiancia, y que se deberían a la reflexión en los bordes y los lados de estas nubes. Además, el incremento de la irradiancia global se debe al incremento de la componente directa. Finalmente, considerar el impacto de los eventos de sobreirradiancia en la distribución espectral podría ayudar a mejorar los modelos actuales de simulación.
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    Reaction front propagation with thermal driven convection
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-13) Guzman Ramirez, Roberto Antonio; Vasquez Rodriguez, Desiderio Augusto
    Estudiamos la propagación de frentes químicos acoplados a efectos de convección debido a gradientes térmicos. Los frentes de reacción separan fluidos de diferentes densidades debido a gradientes térmicos y de composición. Estas diferencias de densidad pueden causar convección. Los frentes pueden describirse mediante una aproximación de frente delgado que separa producto y reactivo en el fluido. Para describir inestabilidades difusivas, el frente evoluciona según la ecuación de Kuramoto-Sivashinsky. Encontramos que el calor producido por la reacción genera convección en frentes exotérmicos que se propagan hacia arriba. Si el fluido de mayor densidad se encuentra encima del fluido de menor densidad, las fuerzas de flotación pueden generar convección. Encontramos que puede aparecer convección si el frente se propaga hacia abajo. Este caso describe fluido de menor densidad en la parte superior. También estudiamos la evolución no lineal de la ecuación de Kuramoto-Sivashinsky acoplada a hidrodinámica. Observamos aumento de velocidad para frentes que se propagan en canales estrechos debido a la convección. Analizamos el efecto de las pérdidas de calor en la propagación de frentes de reacción. La pérdida de calor depende del número de Biot, que representa la cantidad de flujo de calor a través de las fronteras. Para frentes que se propagan verticalmente, encontramos transiciones entre frentes axisimétricos y no axisimétricos, además de regiones de bistabilidad entre ellos. Para frentes que se propagan horizontalmente, la velocidad del frente aumenta a medida que aumentamos el ancho del canal, pero la razón de aumento es más rápida para números de Biot bajos.
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    Heavy neutrino production and decay at DUNE Near Detector
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-13) Carbajal Vigo, Saneli Alcides; Gago Medina, Alberto Martín
    En la presente tesis se estudia el potencial del DUNE Near Detector (DUNEND) para establecer límites a neutrinos pesados (HNL). Esto es realizado a través de un estudio de cómo los HNL afectan las tasas de producción y las distribuciones angulares de los neutrinos activos. Se demuestra que la producción de HNL en DUNE produce un déficit de eventos de corriente cargada (CC) en el Liquid Argon Time Proyection Chamber (LArTPC) de DUNEND y se utiliza esto para estimar la sensibilidad de DUNE a HNLs. Nuestro análisis revela que la sensibilidad depende fuertemente de las incertidumbres sistemáticas en las predicciones del flujo de neutrinos de DUNE. Asumiendo 10 años de operación (5 en modo neutrino y 5 en modo antineutrino) se obtienen los límites |Uμ4|2 < 9×10−3(4×10−2) y |Ue4|2 < 7×10−3(3×10−2) para masas por debajo de 10 MeV y una incertidumbre del 5%(20%) en la normalización de la predicción de los eventos de corriente cargada de neutrinos. Estos límites son mejores que aquellos que pueden ser alcanzados por las búsquedas directas en DUNE para masas por debajo de los 2(10) MeV. Para el caso de una incertidumbre conservadora del 20%, los límites obtenidos solo pueden mejorar los límites experimentales actuales en |Ue4|2 por un factor de 3 en una pequeña región alrededor de 5 eV y establecer límites en |Uμ4|2 en una región de masas libre de restricciones (40 eV - 1 MeV).
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    Advances in quantum state tomography and strong measurements of quantum weak values
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-19) Ruelas Paredes, David Reinaldo Alejandro; Massoni Kamimoto, Eduardo Rubén
    Este trabajo contiene dos contribuciones al campo de la teoría cuántica. La primera viene por doble partida: un protocolo óptico para producir y realizar tomografía de estados puros, arbitrarios, de dos qubits codificados en grados de libertad de camino y polarización; y un protocolo generalizado para hacer tomografía de estados mixtos del mismo tipo. Se reporta una realización con luz láser del primer esquema, la cual sirve como prueba de concepto. La segunda contribución es un modelo dentro del paradigma de von Neumann para las mediciones. Su utilidad yace en que permite estudiar el efecto de la fuerza del acoplamiento entre sistema y puntero sobre la incertidumbre estadística y los errores sistemáticos que resultan de medir valores débiles cuánticos y estados puros. Esta propuesta –cuya implementación con luz láser o con fotones individuales es también explicada– fue demostrada usando sistemas de computación cuántica provistos por IBM. Los resultados obtenidos mediante mediciones con distintos grados de fuerza disipan la idea de que las mediciones fuertes siempre dan mejores resultados que sus contrapartes débiles. Quizá más importante todavía, esta realización experimental aporta evidencia de que es posible maximizar la precisión y exactitud de los parámetros medidos si se elige adecuadamente el acoplamiento de la medición.
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    Impact of one loop corrections on light neutrino masses in the low scale susy seesaw
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-10) Suarez Navarro, Omar Giancarlo; Jones Perez, Joel
    This thesis covers the study of one-loop quantum corrections to the light neutrino masses. In the first part, we examine the extension of the standard model with right-handed neutrinos, where the Seesaw type I is present, allowing accessible masses for experimental searches. However, considering the corrections to the light neutrinos masses requires the pairs of heavy neutrinos to appear as pseudo Dirac particles, implying a suppression of the LNV parameters. In the second part, the supersymmetric contributions are analyzed in order to relax the lepton number violation (LNV) restrictions and achieve a greater difference between the heavy neutrino masses, as well as large mixings. When analyzing the destructive interference between the supersymmetric (which we describe as reducible and irreducible) and non-supersymmetric contributions, we found parameter regions where cancellations occur, however they are very small. So, the addition of SUSY does not guarantee the effect called screening, and the cases that are favorable need some degree of fine-tuning. In all cases, the numerical results of the analytical one-loop expressions calculated in the νRSM and νRMSSM models are checked with SPheno.
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    New insights on the empirical predictability of spectral indicators for PV performance
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-13) Sevillano Bendezú, Miguel Ángel; Palomino Töfflinger, Jan Amaru
    Accurate produced PV energy estimation is critical to business decisions under long-term investments in PV on a utility scale. PV energy yield is affected by different sites' specific conditions. The variability of the spectral distribution after temperature and irradiation is a site condition that impacts energy yield estimates. Evaluating the impact of the spectral irradiance distribution on the PV performance generally requires accurate information about the PV device's spectral response and the site’s measured spectra. Detailed spectral and device information may not always be available. This study analyzes the interrelations between device-dependent and device-independent energetic spectral indicators with spectral data from nine sites with different climates and latitudes, aiming to relax the requirement for detailed device and spectral information. First, an apparent correlation of each site's spectral distributions' yearly Average Photon Energy with the corresponding latitude is observed. As the commonly applied device-dependent spectral indicator, it can be observed that the monthly mismatch factors of all nine sites exhibit a global linear relationship with the monthly average photon energies. This linear relationship with measured spectral data provides a predictive character for each PV device technology by allowing the estimation of the annual spectral impact from the annual Average Photon Energy, potentially for any site. This work also analyzes the validity of the Spectral Average Useful Fraction and the Spectral Enhancement Factor as alternative device-dependent spectral indicators. These require average spectra and, thus, would reduce the calculation complexity for spectral indicators. Finally, the proposed method was validated qualitatively using synthetic spectral data from the National Solar Radiation Database. The trends of the scatter plot between the synthetic Spectral Mismatch Factor and the Average Photon Energy that follow the experimental linear regression give an idea of the proposed method's functionality, despite the synthetic data's uncertainties.
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    Caracterización de un estado puro camino-polarización, extensión del Teorema de polarización-coherencia y Relación de trialidad en sistemas tripartitos
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-13) Marrou Osores, Jean Paul; De Zela Martínez, Francisco Antonio
    Esta tesis expone realizaciones experimentales sobre tres temas desarrolladas en el Grupo de Óptica Cuántica de la PUCP. Primero, tenemos el trabajo sobre tomografía de un estado puro bipartito de camino-polarización, donde se produjeron y caracterizaron dichos estados para luz clásica. Se propuso un método que requiere mediciones estándar de polarización, aun cuando el estado sea bipartito. Se obtuvieron resultados satisfactorios de tres estados con distintas fases y amplitudes. Luego, y también para luz clásica, se presenta la extensión para dos qubits del Teorema de polarización-coherencia (PCT) (Eberly et al., 2017), que involucra la dualidad onda-partícula. Este teorema, que relaciona visibilidad, distinguibilidad y polarización, se extendió luego para el caso donde la polarización actúa como marcador (De Zela, 2018), sin embargo, el qubit de camino no tenía participación en las cantidades a medir. Es así que se expone una realización experimental que permite también su contribución, evidenciando la generalización del teorema. Finalmente, con fotones individuales, se proponen dos extensiones a estados puros tripartitos. Por un lado, la del PCT y, por otro, la Relación de trialidad (Qian et al., 2018), que involucra visibilidad, distinguibilidad y concurrencia. Para ello, se aprovechó la restricción entre grado de polarización y concurrencia (Qian et al., 2016), donde esta puede referirse ahora a sectores del estado tripartito, por lo que se usó una concurrencia generalizada (Rungta et al, 2001). De esa manera, veremos que el entrelazamiento entre subsistemas participará en ambas relaciones que se buscan generalizar, además de ampliar la visión sobre el concepto de dualidad onda-partícula.
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    On the fundamental absorption of excitonic and non-excitonic semiconductors: an optoelectronic and thermal approach
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-28) Lizárraga Olivares, Kevin Angello; Guerra Torres, Jorge Andrés
    In thepresent work, we study the optical properties of semiconductors near the fundamental absorption taking into account disorder induced tail states. In particular, we pay special attention to GAAs and lead halide perovskites. We address existing models for the description of the absorption spectra, and extend them in the band fluctuations framework. We start with traditional semiconductors where we have developed our models inspired in Jellison-Modine procedure (Tauc-Lorentz model).These models are tested on direct,indirect and amorphous band gap materials such as the ones of the group III −V family. Later, we continue the discussion with the inclusion of the Sommerfeld enhancement factor for understanding the nature of excitonic semiconductors. Here, the Elliott model is modified through the band fluctuations procedure in order to obtain an analytic expression for the imaginary part of the electrical permittivity. This new model accurately describes the band gap and binding energy of systems like GaAs,MAPbBr3, MAPbI3 and MAPbI3−xClx. Furthermore,the impact of the sample temperature on optical parameters such as the band gap can provide information regarding the thermal expansion and th eelectron-phon on interaction in the solid. In particular,if the material exhibits a high electron-phon on coupling,like in the cases of the polar semiconductors, the model describing the exciton can no longer rely on the Hydrogen-like picture, but instead it must be computed with a theory considering exciton-polarons. In the latter case, the exciton is dressed by a cloudofphonons that lower its binding energy. Remarkably, our model for excitonic materials correctly predicts the exciton-polaron binding energies of lead halide perovskites andt heir carrier’s effective massees. Lastly, we emphasize the powerful relation between the optical properties and the thermal properties. Notably, we found a good agreement among our predicted expressions,using the Debye’s model, with other specific heat experimental results.
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    Nuevo enfoque para estudiar la respuesta del detector LR-115 al 222Rn, 220Rn y progenie. Aplicación en mediciones de radón en interiores de Lima, Perú
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-23) Pereyra Anaya, Patrizia Edel; Palacios Fernández, Daniel Francisco
    Este trabajo se centra en el estudio de la radiactividad y, en particular, en la medición del gas radón en interiores. El objetivo principal es presentar un método alternativo de medición de radón utilizando detectores de huellas nucleares de estado sólido (SSNTDs) que permita realizar un monitoreo a mediana o gran escala y estimar la equivalencia de las mediciones realizadas con detectores desnudos y con una cámara de difusión. La radiactividad es una parte inherente al entorno humano y se ha experimentado exposiciones a dosis superiores a los valores actuales. Los radionucleidos, tanto de origen cósmico como terrestre, están presentes en alimentos, agua, materiales de construcción y seres vivos. Sin embargo, debido a los cambios rápidos y artificiales en el ambiente, la naturaleza no puede mitigarlos con la misma rapidez. Las radiaciones ionizantes pueden tener efectos perjudiciales en los sistemas biológicos y ecológicos, como la degeneración del tejido y el desarrollo de neoplasias. En Perú, los estudios preliminares indican que la población recibe dosis efectiva que de ahora en adelante llamaré dosis, comparables a los valores promedios mundiales, siendo la dosis debido al gas radón significativa en su aporte. Sin embargo, no existen valores propios de intervención establecidos por las organizaciones oficiales encargadas en Perú, lo que se está en la necesidad de realizar un estudio para determinar la concentración del gas radón en el país para determinar valores locales reales. Se conocen ciertas localidades en el mundo con altas concentraciones de radón y se plantea la posibilidad de que podrían existir también zonas anómalas en Perú. En cuanto a la metodología, se utilizarán detectores de huellas nucleares de nitrato de celulosa (LR-115) en modo desnudo y se propone un enfoque novedoso para la calibración de estos detectores. También se describe la estructura del trabajo, con capítulos dedicados a la radiactividad natural, los métodos de medición de radón, el análisis del detector LR-115,la calibración de los detectores y los resultados del monitoreo de radón en la ciudad de Lima. El trabajo concluye destacando la importancia de establecer regulaciones y recomendaciones sobre la protección contra la radiación ionizante del radón en viviendas y lugares de trabajo en Perú. Los resultados obtenidos se utilizarán para establecer valores límites y de intervención de concentración de radón y proporcionarán una base de datos para la creación de un mapa radiológico de Perú.
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    Contribution to the Tb-doped AlNxOy:H/c-Si(p) interface study using Surface Photovoltage (SPV) techniques for potential photovoltaic applications
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-10) Dulanto Carbajal, Jorge Alejandro; Palomino Töfflinger, Jan Amaru
    Hydrogenated Aluminum Oxynitride (AlNxOy:H) is a versatile material for the surface passivation of crystalline silicon (c-Si). The capability of having positive or negative fixed charges makes AlNxOy:H a suitable material for surface passivation of both n-type and p-type c-Si. Terbium (Tb) implemented in thin films is known for its potential for downshifting light. This work studies the electronic properties of the Tb-doped AlNxOy:H/cSi(p) interface. The studied samples’ layers were deposited by reactive direct current (DC) sputtering with different hydrogen flows and then annealed. Due to high leakage currents and high defect densities, the electronic properties of the Tb-doped AlNxOy:H layers could not be analyzed conclusively using standard techniques such as high-frequency capacitance-voltage (HF-CV) or quasi-steady-state photoconductance (QSSPC) measurements, respectively. As an alternative, the non-contact Surface Photovoltage (SPV) characterization technique enabled a profound investigation of the electronic features of the Tb-doped AlNxOy:H/c-Si (p) interface. Both modulated SPV and transient SPV measurements are performed. The capabilities of the SPV measurements make this technique unique and very effective in observing and measuring critical passivation properties of the Tb-doped AlNxOy:H samples. Particularly the transient SPV of the Tb-doped AlNxOy:H samples enabled the observation of different optical transitions (band to band, band to defect, defect to band) and carrier transport mechanisms between the Si surface and the Tb-doped AlNxOy:H. The changes in relaxation times among Tb-doped AlNxOy:H samples are noticeable due to spatial separation among defects (tunneling). This study uses complementary measurements like X-ray reflectometry (XRR), Photoluminescence (PL) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) to obtain valuable information about the AlNxOy:H layer and the AlNxOy:H/c-Si(p) interface that validates the SPV results and observations. In the c-Si, through SPV, we observed strong accumulation with passivation of boron acceptors and the generation of defects near the interface. When the hydrogen flow was increased, the net negative charge in the Tbdoped AlNxOy:H layer decreased, and the surface photovoltage signals associated with defects increased. Transients SPV at higher hydrogen flows decayed faster, and hopping transport via an exponential distribution of trap states in energy replaced trap-limited relaxation of charge carriers separated in space. The particular conditions that these AlNxOy:H samples have, make transient SPV spectroscopy a unique and reliable technique to observe the electronic properties of the AlNxOy:H/c-Si(p) interface.