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Este proyecto se enfocara tanto en aspectos teóricos como experimentales de la física/astrofísica de partículas (altas energías) incluyendo además aplicaciones. En la parte teórica de física de partículas, nos concentraremos en la búsqueda de señales de física más allá del Modelo Estándar que podrían develarnos indicaciones de física en la escala de Planck, o sobre cuáles son los modelos de generación de masa de neutrinos. En la parte experimental, desarrollaremos dos análisis: uno sobre medición de secciones de choque de procesos difractivos (ALICE-LHC) y el otro sobre el estudio de efectos nucleares a partir de la medición de la sección de choque inclusiva de corriente cargada de neutrino muónico (MINERvA-Fermilab). En la parte de astrofísica de partículas, nos dedicaremos a responder cuál es la composición de los rayos cósmicos así como a buscar los mejores ajustes de los modelos de campo magnético galáctico combinado con la estimación de posibles correlaciones entre neutrinos astrofísicos y rayos cósmicos. Por último, en la aplicación evaluaremos la capacidad de que una cámara web pueda actuar como dosímetro.
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La Colaboración internacional SWGO (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory) tiene el propósito de construir el observatorio de rayos-gamma de próxima generación en algún lugar del hemisferio Sur. Los observatorios HAWC y LHAASO están ambos ubicados en el hemisferio Norte, lo cual no les permite observar el centro de nuestra galaxia, el cual es una región muy activa y de gran interés científico que sólo es visible desde el Hemisferio Sur. El Observatorio SWGO tendrá como objetivo principal monitorear la emisión de rayos-gamma provenientes del centro de nuestra galaxia. El diseño del Observatorio permitirá la detección de rayos-gamma cubriendo un amplio rango de energías, desde 100-tos GeV hasta 100-tos TeV. Los rayos-gamma interactúan con la atmósfera y crean una lluvia de partículas secundarias, que se les conoce como cascada o lluvia cósmica. Es decir, la detección de los rayos-gamma se hace a través de la detección de las partículas que conforman la lluvia ósmica. Las cuales al atravesar volúmenes de agua (como tanques de agua) generan luz Cherenkov, ya que estas viajan más rápido que la luz en el agua. El Observatorio SWGO está evaluando la instalación de tanques de agua y la instalación de bolsas de agua dentro de una laguna. La segunda opción ofrece la oportunidad de disminuir los gastos significativamente, pero es una técnica que no se ha utilizado anteriormente para la detección de rayos-gamma. El propósito de este proyecto es instalar prototipos de detectores en Imata en el departamento de Arequipa y en la Laguna Sibinacocha en el departamento del Cusco. La colaboración SWGO enviará al Perú, estaciones meteorológicas y algunos prototipos de detectores para ser instalados en Imata.
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Nuestro entendimiento sobre el Universo es aún incompleto, en este contexto los neutrinos son nuestra mejor conexión con la nueva física que explicaría lo que no conocemos aún. Esta propuesta se enfocará en estudiar señales de esta nueva física utilizando los datos de experimentos actuales en prospectiva con experimentos futuros, tales como DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment - Fermilab) entre otros. Para tener una mayor potencia en nuestras búsquedas de nueva física requerimos computación de alto rendimiento (HPC) como herramienta fundamental. Es pues también materia de esta propuesta la implementación de nuestros cálculos en entornos de nuevas tecnologías de HPC, tales como son las unidades de procesamiento gráfico. Este desarrollo, al margen de tener impacto en la generación de conocimiento de frontera, podría tener aplicaciones que vayan más allá de la ciencia fundamental.
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En los últimos años, la comunidad de partículas elementales ha identificado un nuevo escenario por explorar en colisionadores: aquél de partículas con largo tiempo de vida. A diferencia de la mayoría de partículas inestables conocidas, tales como el bosón de Higgs, estas tienen un tiempo de vida suficientemente largo como para propagarse una distancia macroscópica antes de desintegrarse. Este tipo de partículas deja señales no-estándares en colisionadores, dependiendo de la parte del detector donde se desintegran. Esto significa que es necesario re-pensar las estrategias comúnmente utilizadas para detectarlas. En otras palabras, de existir, estas partículas podrían no ser detectadas, ya que nuestros detectores no están optimizados para ello. En este proyecto planteamos realizar una simulación rápida del detector CMS, del laboratorio CERN, con el objetivo de incorporar la fenomenología de partículas neutras con largo tiempo de vida. Esta simulación estará basada en el desarrollo de un código de C++ que reproduzca razonablemente la eficiencia y resolución de cada parte del detector, y su respuesta frente a la desintegración de estas partículas. Junto con esta simulación, buscaremos analizar distintos modelos que involucren partículas con largo tiempo de vida. Ejemplos importantes serán el Modelo Seesaw y la Supersimetría. Para aquellos casos donde las nuevas partículas se desintegren en fotones, el software actualmente disponible es suficiente, permitiendo que ambas facetas del proyecto se desarrollen en paralelo. Nuestro objetivo final será el de comparar distintas estrategias de detección, con el propósito de que alguna de estas sea eventualmente implementada por CMS.
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En el área experimental, nuestro trabajo se centrará en los experimentos ALICE (LHC) y MINERvA (Fermilab). En teoría, se trabajarán temas dentro del marco de la física/astrofísica de neutrinos tanto en el contexto del modelo estándar como más allá del mismo. Además de lo anterior, desarrollaremos detectores portátiles de partículas con miras a la búsqueda de aplicaciones.
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La pandemia del COVID-19 que se viene propagando por todo el mundo hasta el momento ha contagiado a alrededor de 10.1 millones de personas y ha cobrado la vida de aproximadamente 500 mil personas. Uno de los países más afectados con la pandemia es Perú, que a la fecha ocupa el séptimo lugar en relación a cantidad de contagiados. En ese sentido el gobierno peruano ha desplegado esfuerzos con el objetivo de controlar la propagación del virus en nuestro país, siendo uno de ellos este proyecto que permite caracterizar al COVID-19. Para caracterizar a esta enfermedad se pretende recoger información de las personas contagiadas desde los establecimientos de salud. El hospital Casimiro Ulloa será donde se implantará la aplicación a desarrollar. Este hospital actualmente cuenta con un sistema de información, pero no cubre la totalidad de las áreas del mismo. Además, es necesario que el área de sistemas del hospital realice implementaciones para que se pueda recuperar información de las áreas digitalizadas. Por otro lado, el equipo de investigadores de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) viene trabajando en los algoritmos y/o herramientas que permitirán la explotación de la data recuperada aplicando algoritmos de analítica basados en inteligencia artificial como machine learning.
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Este proyecto representa la continuación de varios otros, dedicados a la investigación en altas energías tanto experimental como teórica. En el área experimental, nuestro trabajo se centrará en los experimentos ALICE (LHC) y MINERvA (Fermilab). En teoría, se trabajarán temas en el marco de la física/astrofísica de neutrinos y supersimetría. En ALICE nos centraremos en el desarrollo del Muon-Forward-Tracker(MFT). Este detector mejorará las medidas en producción de quarks pesados (charm y beauty), quarkonia y espectro de di-muones de baja masa en la dirección longitudinal. Con ello, entenderemos mejor las propiedades del quark-gluon-plasma. En particular, trabajaremos en caracterizar los pAlpide, chips semiconductores que son los elementos activos de detección del MFT. Esta caracterización está orientada a medir la resolución espacial del chip y su tolerancia al daño por radiación. En MINERvA estudiaremos las señales de di-leptones, tanto en el contexto de la producción/desintegración de Leptones Neutros Pesados (LNP) como en el de eventos de neutrinos tipo tridente. Usando en ambos casos los datos obtenidos con la configuración del haz de neutrinos de mediana energía. La observación de señales de LNP (neutrinos pesados) constituría una evidencia clara de física más allá del modelo estándar, así como la producción tridente de neutrinos. La observación de este proceso, presente en el modelo estándar, es muy importante debido a su baja ocurrencia. En teoría, contextualizaremos un modelo SeeSaw tipo I dentro de un modelo supersimétrico y predeciremos sus implicancias en el LHC-CERN. Otro estudio será la desintegración de neutrinos en los experimentos de oscilaciones. En astropartículas, investigaremos la correlación espacio/temporal entre los datos de neutrinos astrofísicos enérgeticos, rayos cósmicos, fotones y ondas gravitacionales. Haremos también una predicción de las zonas en el mapa celeste en las que podrían encontrarse un exceso de rayos cósmicos.
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En el marco de la colaboracion para el proyecto ALICE (A Large Ion Collider Experiment), usaremos las herramientas de software ya adquiridas para estudiar la variación en la eficiencia del detector V0A debido a sus dimensiones geometricas analizando bloque a bloque el arreglo de detectores. Ademas colaboraremos en la implementacion del codigo final para este detector ensamblandolo dentro de la cadena general de deteccion y la simulacion de todo el experimento (ALIROOT). En el caso del proyecto MINERvA (Main INjector ExpeRiment: v-A) uno de nuestros objetivos es familiarizarnos en el manejo de los paquetes computacionales ROOT, GEANT4 y FLUKA necesarios para el diseño del detector de MINERvA, así como la generacion de los eventos y su simulacion cuando atraviesan el detector. Otro de los objetivos es el uso del paquete del haz de neutrinos que inpactara en el detector de MINERvA (haz NuMI) como tambien la construccion de los programas para simular la geometria del detector.
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