Concurso para Investigadores Postdoctorales
En el contexto del Proyecto Anillo ACT192023, se encuentran abiertos dos cargos para investigadores postdoctorales.
A continuación puedes revisar las convocatorias:
Noticias
Dra. María Daniela Cornejo se integra al grupo de Física Médica
A partir de marzo, la física médica María Daniela Cornejo se unió a la Facultad para desarrollar la línea de investigación de corrección de ruido en Resonancia Magnética Funcional (fMRI por sus siglas en inglés). La investigadora realizó sus estudios de pregrado en la Universidad de Chile y luego obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin, en Madison, Estados Unidos.
Un resonador tiene la ventaja de no necesitar radiación ionizante para generar una imagen, por lo que su uso es considerado en la actualidad como más seguro que otras modalidades como Rayos X o Tomografía. Esto ha permitido el desarrollo de estudios multitudinarios, donde participan científicos, médicos, y también sus pacientes, alrededor de todo el mundo. Fascinada por la Física Médica y sus alcances, la línea de investigación desarrollada por la Dra. Cornejo es potenciar, a través de simulaciones y modelamientos matemáticos, el manejo de datos obtenidos de exámenes de fMRI, que usan el cerebro como modelo de estudio.
"Me pareció impresionante colaborar con los grupos que quieren profundizar en el entendimiento de cómo funciona el cerebro con las nuevas tecnologías disponibles. En los primeros estudios de fMRI, ellos buscaban constatar cómo ciertas estructuras y sus redes de neuronas se activan al ver una imagen, un sonido, o incluso estímulos más sofisticados como una emoción o un recuerdo. A partir de experimentos como estos, se pueden plantear modelos más complejos para el funcionamiento del cerebro. Para poder hacer este ejercicio hay muchos desafíos técnicos, ya que, por ejemplo, cualquier movimiento de la persona en el resonador, incluso al respirar, genera "ruido" en el examen, distorsionando la señal. Entonces lo que yo hago como física, es modelar computacionalmente la señal, para finalmente eliminar la fuente de ruido. Lograrlo es difícil, pero cuando obtienes una señal clara y precisa, se evita la pérdida de recursos económicos y de datos valiosos. Luego, profesionales de otras disciplinas de la Neurociencia pueden utilizar la información como base en sus investigaciones sobre cómo funciona este órgano complejo", explica Daniela.
Gracias a estos estudios internacionales se han hecho hallazgos sorprendentes. Por ejemplo, cuando los pacientes instalados en el resonador no son expuestos a ningún estímulo, se activaban redes neuronales propias del estado de reposo, y estas se apagan cuando las personas tienen que hacer una actividad cognitiva más elevada. Se cree en este estado se procesa y almacena información de forma inconsciente. Otro ejemplo, es que gracias a la fMRI se constató que las personas enfermas de depresión tienen más actividad en una red neuronal llamada "Default" asociada a la rememoración del pasado, lo que se ha interpretado como una constante necesidad del paciente enfermo de buscar un sentido en sus recuerdos, sin poder "apagar" esa conexión neuronal, comparado con personas sanas.
La tecnología de los resonadores avanza año a año, lo que permite acceder a más datos, con mejor resolución. Actualmente, de un solo examen se obtienen 300 imágenes en 4D con una resolución temporal de 0.8 segundos y resolución espacial de 1-2 milímetros, dependiendo de la modalidad, esto supone nuevos desafíos a los físicos médicos, que deben reformular las estrategias de corrección de ruidos y modulación de la señal.
"Mientras equipos interdisciplinarios están alrededor del mundo tratando de responder preguntas relevantes sobre nuestro cerebro, aumenta el volumen de datos segundo a segundo. Estos estudios han sido diseñados con muchos números de casos, con el objetivo de sacar conclusiones con rangos de confianza razonables. Para que estas sean válidas, se necesitan muchos más profesionales , como físicos médicos, capaces de hacer el modelamiento matemático sofisticado de los experimentos, para validar los resultados y avanzar en la investigación", explica la científica.
Dr. Andrea Russomando se integra a Instituto de Física
El Dr. Andrea Russomando se integró en marzo al Instituto de Física UC para colaborar en el área de Física Médica desarrollada en la Facultad.
El académico realizó sus estudios de pregrado de Física de Partículas en Italia. Durante su Magíster, colaboró con un grupo de investigación que trabajaba con la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), particularmente en el experimento CMS, estudiando el efecto del uso del preshower sobre el calorímetro electromagnético de este. Durante el Doctorado en Física se incorporó a un grupo de investigación que aplicaba la Física de Altas Energías en detectores diseñados para terapias médicas.
La mayoríade los aceleradores lineales usados en radioterapia funcionan acelerando electrones para que estos choquen con un blanco de metal pesado, y produzcan un haz pulsado. Generalmente estos haces son de fotones o electrones. Los equipos más modernos permiten a los profesionales de la salud y a los físicos médicos personalizar el haz de partículas para que este se ajuste a la forma específica del tumor.
Cuando se realiza radioterapia, es necesario evaluar en distintas etapas el estado del irradiador, para reducir el riesgo de daño en tejidos sanos. Una de las herramientas para verificar el estado de la máquina son las cámaras de ionización. Estas se pueden usar tanto antes, como durante la terapia. Una de las formas más comunes para analizar el haz de radiación antes del tratamiento, es medir la dosis en un tanque de agua a lo largo del eje del haz, y en dirección perpendicular al mismo.
¿Será posible simplificar la forma en que se monitorea la dosis de radiación? Esta pregunta llevó al investigador a desarrollar un nuevo modelo de verificación usando la luz de Cherenkov. Esta luz se produce cuando partículas con carga eléctrica viajan por un medio a velocidades superiores a las que viaja la luz en ese medio específico (la velocidad de la luz varía según el medio). Este efecto genera luz mayoritariamente en el espectro visible, de un brillo azulado.
"Estoy trabajando en el diseño de un detector capaz de captar esta radiación de Cherenkov, para intentar utilizarla como verificación de la dosis que se está entregando al paciente. Lo innovador es que podría ser una herramienta más simple y menos invasiva a las formas de calibración y dosimetría utilizadas actualmente, tanto antes como durante la terapia", explica Andrea.
Innovación interdisciplinaria en fantomas médicos
Una segunda línea de investigación se centra en la colaboración interdisciplinaria con químicos para el desarrollo de fantomas médicos personalizados y más económicos.
Los fantomas son modelos, de distintos materiales, que emulan las propiedades del paciente. Estos permiten verificar la distribución de las dosis de radioterapia en el volumen blanco y en los órganos de riesgo, además de calibrar los aceleradores lineales.
"Nuestra idea es crear un material nuevo. En el laboratorio estamos diseñado un gel, en base a agua, en el cual hemos añadido un polvo para que emita luz cuando es irradiado, y así, medir la cantidad de radiación que se está entregando desde la máquina. La combinación de este gel y una impresora 3D permitiría generar fantomas personalizados. Si bien nos encontramos haciendo pruebas y modificaciones del material en el laboratorio, aspiramos a que esta innovación permitirá hacer fantomas más económicos y ajustados a las necesidades de cada paciente, que funcionen tan bien como los que hay actualmente en el mercado", afirma el académico.
Instituto de Física 100% conectado
A partir el viernes 27 de marzo el Campus San Joaquín permanecerá cerrado. Sin embargo, la Facultad de Física y sus dos institutos, de Física y Astrofísica, se encontrarán abierta, funcionando de forma 100% online para enfrentar la emergencia de salud pública.
Información para alumnos
Si eres estudiante de pregrado y necesitas comunicarte con Docencia, puedes escribir a los siguientes correos:
Daniela Domínguez
Si eres estudiante de postgrado y necesitas comunicarte con Docencia, puedes escribir al siguiente correo:
Emilio Bravo
Si necesitas ayuda técnica con Canvas, puedes escribir a soportecanvas@uc.cl
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Información proveedores
Si necesita información sobre pagos, puede escribir a pagos@fis.puc.cl
Dra. Francisca Garay se integra al Instituto de Física UC
La Dra. Francisca Garay se integró al grupo de Altas Energías de la Facultad de Física. La docente hizo sus estudios de licenciatura y magíster en la UC, tras lo cual partió a la Universidad de Edimburgo a realizar su Doctorado en Física Experimental de Partículas.
Actualmente, la investigadora trabaja a cargo del laboratorio que ensambla piezas para el upgrade del año 2021 del experimento ATLAS, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).
Hasta este momento, ya han sido enviados a Ginebra 15 de las 32 piezas, para ser instaladas en la primera rueda de la "Small Wheel", uno de los detectores del experimento diseñado para identificar el paso de partículas de muones y su trayectoria. "Una parte de mi doctorado fue testear algunos chips que van dentro del experimento. Luego volví a la Facultad para trabajar en una sección encargada de detectar muones. Este trabajo súper aplicado es importante ya que cuando se produce un Bosón de Higgs, uno de los posibles decaimientos es en esta partícula llamada muón, que a su vez interactúa con el detector y nos permite identificarla. Podríamos decir, como ejemplo, que, si el Higgs se trasforma en muones y los muones los asumimos como barcos, nosotros observamos la estela o huella que dejan en los detectores, permitiéndonos reconstruir el Higgs", explica la investigadora.
El Bosón de Higgs no existe actualmente, pero que se cree que participó del Big Bang, y fue la partícula encargada de dar masa al resto de ellas, como bosones, y fermiones. Este fenómeno había sido descrito teóricamente en la década de los 60, pero el año 2012 se logró descubrir usando los datos de los experimentos ATLAS y CMS del LHC. Gracias a las colisiones a altas energías, se pudo reproducir por primera vez los Bosones de Higgs, "A mí me motiva colaborar con una comunidad de más de 5000 científicos de todo el mundo, entregados a entender fenómenos importantes a través de experimentos como ATLAS. Es apasionante que, desde Chile, estemos apoyando el desarrollo de la ciencia de frontera, y que nuestro trabajo a nivel de hardware es utilizado como insumo para hacer hallazgos que nos impactan a todos, como sociedad", comenta Francisca.
En esta misma línea, en su laboratorio apoyan con la investigación de factibilidad de futuros experimentos, como CLIC (Compact Linear Collider), un colisionador lineal de electrones y positrones, que permite a las partículas colisionar a energías más bajas que en ATLAS. Este debería ser construido sobre el anillo del LHC, y permitirá hacer mediciones mucho más sensibles y precisas, ya que el ambiente producido por el tipo de colisión en su interior, es muy limpio. "Se podría decir que el LHC es una selva de partículas, que hay que empezar a barrer, a limpiar, para poder encontrar lo que uno busca. Yo apoyo a la realización de este detector a través de un estudio simulado del detector CLIC, analizando cómo cambia si el diseño es de una forma u otra. Por sobre esta simulación, se hace un análisis que indica qué cosas sería posible encontrar, que en el LHC no ha sido fácil de detectar por sus características", afirma la docente.
Otro desafío para este laboratorio es crear un centro especializado de Inteligencia Artificial para manejar los enormes volúmenes de datos entregados por los experimentos, que son filtrados porque no son relevantes para el investigador. Sin embargo, si los filtros son automáticos, es posible que se pierda información relevante. "Otra de nuestras líneas de investigación es aplicar algoritmos de Machine Learning para que la máquina empiece a aprender de lo que está bien, para que no filtre de forma mecánica, sino que sea capaz de reconocer señales relevantes similares a lo que estoy buscando originalmente, y que pudieran ser interesantes de rescatar. Estamos probando distintos algoritmos para ver cuál funciona mejor, y optimiza la entrega de datos en función de lo que el investigador necesita", concluye Francisca.
Físicos UC dan explicación a “La discrepancia más grande entre la teoría y el experimento en la historia de la ciencia"
Cuando se constató que el Universo se expande de forma acelerada, hallazgo galardonado con el Premio Nobel de Física 2011, se cuestionaron los grandes paradigmas de esta área de la ciencia.
Albert Einstein había creado una serie de Ecuaciones de Campo que permitían relacionar la curvatura del Espacio con la energía, dando origen a la Fuerza de Gravedad. En su Teoría de la Relatividad General, el científico planteó un modelo en el que el Universo estaba estático. Para compensar los efectos de la gravedad, Einstein integró en sus ecuaciones una constante, llamada Constante Cosmológica, capaz de evitar un colapso gravitatorio y dar estabilidad al Universo. Sin embargo, en 1927 se demostró que el Universo no era estático y Einstein asumió que se había equivocado.
Pero la ciencia es cambio, rectificación y avance constante. Para sorpresa de la comunidad internacional, en 1998 gracias a los datos de observaciones de supernovas distantes (explosiones de estrellas masivas), fue posible demostrar que la expansión del Universo se estaba acelerando y no frenando. Entonces surgieron las preguntas: ¿Qué interacción induce la separación de las galaxias? ¿Cómo cambiaba este hecho la comprensión que se tenía del Universo y de teorías fundamentales como la Relatividad General?
Dado a que normalmente uno esperaría que las galaxias se atrajesen por gravedad, debía, por lo tanto, existir una interacción dominante que produjese la repulsión observada. A la luz de los hechos, los científicos empezaron a trabajar en el concepto la “energía oscura”, el cual está directamente conectado con la Constante Cosmológica originalmente introducida por Einstein.
Gracias a que la aceleración del Universo fue cuantificada, fue posible asignar un valor numérico a la Constante Cosmológica (Λ), equivalente a 2.9*10-122 en unidades de Planck. "Si bien no se sabe cómo se origina esta Constante Cosmológica, también conocida como "energía oscura", se demostró que el valor de esta aporta el 70% de contenido energético total de Universo, generando una fuerza gravitacional repulsiva", explica el académico de la Facultad de Física UC, Ben Koch.
Se conoce un solo efecto en la Física fundamental de partículas que podría producir una semejante repulsión. Este efecto se llama la energía del ``Vacío Cuántico’’ y viene de la Mecánica Cuántica en particular de la Relación de Incertidumbre de Heisenberg. “El vacío clásico es como el mar visto de un satélite: nada se mueve. Pero el Vacío Cuántico es como el mar visto desde una lancha pequeña, hay espuma, olas, y viento: muy revuelto” comenta Ben Koch, profesor a cargo de la investigación.
El problema es que, según los cálculos de la Física de Partículas, la energía generado por el Vacío Cuántico debería ser entre 60 a 120 órdenes de magnitud mayor que el valor cuantificado por la expansión observada. Esta inconsistencia ha sido llamada la discrepancia más grande entre teoría y experimento en la historia de la ciencia.
Físicos de todo el mundo están tratando de desentrañar este misterio, a través de la creación de nuevas teorías. Desde la UC, un grupo de investigadores ha propuesto una solución bastante sencilla, la cual ha sido recientemente publicada en el prestigioso Journal of Cosmology and Astroparticle Physics(https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2020/01/021).
"Nosotros logramos demostrar que el valor actual de la Constante Cosmológica (Λ) se puede explicar de forma natural, sin necesidad de cambiar teorías fundamentales como la Relatividad. Esta explicación solamente requiere que se cumplan dos condiciones: la primera es entender que esta Constante no siempre tiene el mismo valor, sino que está sujeta a las condiciones y escalas de medición. Esta es una característica de todas las teorías cuánticas propias de la Física Moderna. La segunda es que para cambiar el valor medible de la Constante Cosmológica tan drásticamente, el Universo debe haber experimentado un periodo de expansión dramática. Este segundo requisito se cumple durante el periodo de inflación cósmica hace 13.7 Mil Millones de años. Durante esta inflación la Constante Cosmológica se hizo cada vez más pequeña, y eso explicaría por qué hoy la medición da un valor que es mucho menor a lo esperado. Dado a que ambos requisitos se cumplen en la Física que ya conocemos, nuestros cálculos demuestran que posiblemente este “gran problema de la Constante Cosmológica” puede tener una solución "pequeña", ya que no es necesario cambiar algo fundamental en nuestro entendimiento de la naturaleza y tampoco tenemos que escribir los libros de Cosmología y de Física Cuántica de nuevo”, comenta el académico.
A partir de esta investigación, el grupo de académicos del Instituto de Física de la UC está trabajando en aplicar su modelo al periodo después de la Inflación Cosmológica, donde por un lado, los efectos de escala van a ser mucho más pequeños, pero por otro lado, hay mucho más datos para chequear el modelo.
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