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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

ddominguez@uc.cl

subdocencia@fis.uc.cl

Si eres estudiante de postgrado y necesitas comunicarte con Docencia, puedes escribir al siguiente correo: 

Emilio Bravo

ebravu@uc.cl

Si necesitas ayuda técnica con Canvas, puedes escribir a soportecanvas@uc.cl 

Sugerimos a los alumnos revisar su correo UC para recibir información actualizada sobre las nuevas medidas y beneficios ofrecidos por la Universidad para enfrentar esta pandemia.

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.

Exitoso workshop de radiobiología aborda los primeros pasos para terapias personalizadas en cáncer

Durante la primera semana de marzo se realizó con éxito el workshop "Radiobiología Experimental: Encuentro de la Física con Biología y Medicina", organizado por los académicos del Instituto de Física UC, Beatriz Sánchez e Ignacio Espinoza, en colaboración con el Centro Alemán para la Investigación del Cáncer (DKFZ) y el Heidelberg Center para América Latina.

 Participantes del Workshop de Radiobiología Experimental 

Los asistentes, tanto estudiantes como profesionales de áreas afines, escucharon a destacados radiobiólogos, médicos radioterapeutas y físicos, provenientes de Chile, EEUU, Alemania, Francia y España, analizar los desafíos de desarrollar la radiobiología experimental, tanto en el país como en América Latina, donde el área aún no está masificada.

En el contexto de la tendencia global de desarrollo de una medicina de precisión, el workshop abordó el papel clave del trabajo interdisciplinario para la generación de la radioterapia personalizada del cáncer.

Al confluir expertos en áreas tan diversas como el modelamiento matemático, la dosimetría de equipos preclínicos de irradiación, experimentos in vivo e in vitro, así como personas representantes de centros clínicos, la actividad permitió a los asistentes iniciar redes de colaboración con un gran potencial, que permitirán el desarrollo de trabajos de investigación multidisciplinarios de alta calidad, que pueden impactar en la vida de los pacientes de cáncer y sus familias. 

En esta misma línea, el Instituto de Física implementó un nuevo laboratorio de Física Médica con un irradiador preclínico (XRad 320), adquirido a través del proyecto Fondequip EQM180105, lo que permitirá desarrollar la radiobiología experimental en la UC, y formar a estudiantes de diferentes carreras en esta área de investigación interdisciplinaria. 

Suspensión de clases presenciales de pregrado, postgrado y educación continua en la UC

Esta mañana, el Ministerio de Salud ya ha confirmado que Chile ha entrado en fase 3 por coronavirus (COVID-19). Durante todo este período la UC ha estado monitoreando activamente la situación, para así evaluar y tomar las medidas preventivas que establezcan las autoridades.

Debido a esto, se suspenden las clases presenciales en todas las facultades en pregrado, postgrado y educación continua a partir del lunes 16 de marzo, hasta que tengamos nueva información.

Respecto del proceso de admisión 2020: se suspende temporalmente la formalización de matrículapor vía PSU y acreditaciones socioeconómicas. Procedimiento de matrícula por cupo especial y de postgradose indicará vía e-mail a los postulantes.