Revista mexicana de física

Momento electromagnético, efectos cuánticos y la masa del fotón

Se describe el rol del momento de los campos electromagnéticos (EM) Pe, en varias áreas de la física moderna, revisando los adelantos más recientes y sus relaciónes con Pe. El momento Pe representa la interacción EM en las ecuaciones para la propagación de ondas de luz y materia. Como una aplicación de las propiedades de propagación ondulatoria se considera un experimento óptico de primer orden, el cual prueba la velocidad de la luz en gases enrarecidos en movimiento. Además, Pe esta vinculado a la visión unitaria de los efectos cuánticos del tipo Aharonov-Bohm (AB) y, para varios de estos efectos, se evalúa la expresión explícita de Pe. Finalmente, estos efectos proporcionan un enfoque cuántico para estimar el límite de la masa del fotón m ph. Un nuevo efecto del tipo AB, junto con el efecto escalar AB, constituye la base para un experimento de laboratorio que proporciona el limite m ph ~ 9.4 x 10-52 g , un valor que mejora los resultados logrados con recientes enfoques clásicos y cuánticos.

We review the role of the momentum of the electromagnetic (EM) fields Pe in several areas of modern physics, revising the most recent achievements and its relationship with Pe. The moment Pe represents the EM interaction in equations for matter and light waves propagation. As an application of wave propagation properties, a first order optical experiment which tests the speed of light in moving rarefied gases is presented. Moreover, Pe is the link to the unitary vision of the quantum effects of the Aharonov-Bohm (AB) type and, for several of these effects, the explicit expression of Pe is evaluated. Finally, these effects provide a quantum approach to evaluate the limit of the photon mass m ph. A new effect of the AB type, together with the scalar AB effect, provides the basis for table-top experiments which yield the limit m ph ~ 9.4 x 10-52 g, a value that improves the results achieved with recent classical and quantum approaches.

Ac response to humidity and propane of sprayed Fe-Zn oxide films

Iron-zinc oxide films with different Zn contents were ultrasonically sprayed on glass substrates and inter-digital gold electrodes were evaporated on them. Films were deposited from solutions containing 2, 10 and 30 at.% Zn. Hematite, amorphous and Franklinite structures resulted, respectively. They were assessed as humidity and propane detectors under alternating-current conditions for frequencies from 1 to 10(5) Hz and two temperatures: 30 and 250°C. Their impedances in dry air, humid air and humid air plus propane were determined from voltage measurements with a Lock-In amplifier. Sensitivity values to both humidity (53% RH.) and 189, 500 and 786 ppm of propane from the response of the real and imaginary parts of the impedance and also the total impedance were determined as functions of frequency. Maximum sensitivity for each case and the corresponding frequency are reported. The maximum sensitivity to humidity ranges from 24% up to 308%. In the case of propane, the maximum sensitivity ranges from 45% up to 711%. The largest sensitivity values correspond in all cases to the imaginary part of the impedance. From the dynamical response, the response and recovery times are determined, along with the concentration-dependence of the sensitivity. The sensing mechanisms are also discussed.

Se depositaron peliculas de óxido de fierro con distintos contenidos de Zn sobre subestratos de vidrio y se les evaporaron electrodos interdigitados de oro. Se usaron soluciones conteniendo 2, 10 y 30% atomico de Zn. Resultaron películas con estructuras de hematita, amorfa y franklinita, respectivamente. Tales estructuras fueron probadas como sensores de humedad y propano bajo condiciones de corriente alterna para frecuencias entre 1 y 10(5) Hz y a dos temperaturas: 30 y 250°C. Se calcularon sus impedancias en aire seco, aire húmedo y aire húmedo más propano, mediante mediciones de voltaje con un amplificador Lock-In. Se determinaron los valores de sensibilidad a la humedad (53% HR) y a 189, 500 y 786 ppm de propano de las respuestas de la partes real e imaginaria de la impedancia y también de la impedancia total, como funciones de la frecuencia. Se reportan la máxima sensibilidad para cada caso y la frecuencia correspondiente. La sensibilidad máxima a la humedad está entre 24% y 308%. En el caso de propano, la sensibilidad va desde 45% hasta 711%. La mayor sensibilidad corresponde en todos los casos a la parte imaginaria de la impedancia. Se determinan los tiempos de respuesta y de recuperacion de la respuesta dinámica, además de la dependencia de la sensibilidad con la concentración. Se comentan los mecanismos de sensado.

Relaxation of residual stresses induced by laser shock processing

The Laser shock processing (LSP) is a new surface treatment technique that induces a compressive residual stress field. This work examines the effect of cyclic loading and temperature on the stability of the stress field induced by LSP on 6061-T6 aluminum samples. Residual stress relaxation due to cyclic loading is reported for different stress amplitudes and temperatures. Due to the cyclic creep effect, the residual stress decreases linearly with the logarithm of the number of cycles, N.

El Proceso de Impacto con Laser (LSP) es una técnica novedosa para el tratamiento de superficies que induce campos de esfuerzos residuales de compresión. Este trabajo examina los efectos de cargas cíclicas y el efecto de la temperatura en la estabilidad de los campos de esfuerzos inducidos por la técnica LSP en muestras de aluminio 6061-T6. Se reporta la relajación de esfuerzos residuales debidos a las cargas cíclicas para diferentes amplitudes de esfuerzos y diferentes temperaturas. Debido a los efectos de la fluencia cíclica, los esfuerzos residuales decrecen linealmente con el logaritmo del número de ciclos, N.

Issues of duality in abelian gauge theory and in linearized gravity

We start by describing two of the main proposals for duality in abelian gauge theories, namely F(ield strength)-duality approach and the S-duality formalism. We then discuss how F-duality and S-duality can be applied to the case of linearized gravity. By emphasizing the similarities and differences between these two types of dualities we explore the possibility of combining them in just one duality formalism.

Comenzamos describiendo dos propuestas principales de dualidad en teorías abelianas de norma, a saber el enfoque de dualidad-(del campo)F y el formalismo de dualidad-S. De ahí, discutimos como la dualidad-F y la dualidad-S pueden implementarse para el caso de gravedad linealizada. Haciendo énfasis en las similitudes y diferencias entre estos dos tipos de dualidad, exploramos la posibilidad de combinarlos en un sólo formalismo de dualidad.

A numerical analysis of the supersymmetric flavor problem and radiative fermion masses

We perform a numerical study of the SUSY flavor problem in the MSSM, which allows us to estimate the size of the SUSY flavor problem and its dependence on the MSSM parameters. For that, we have made a numerical analysis, randomly generating the entries of the sfermion mass matrices and then determined what percentage of these points is consistent with current bounds on the flavor violating transitions on lepton flavor violating (LFV) decays l i → l j γ. We applied two methods, the mass-insertion approximation method (MIAM) and the full diagonalization method (FDM). Furthermore, we determined which fermion masses could be radiatively generated (through gaugino-sfermion loops) in a natural way, using those random sfermion matrices. In general, the electron mass generation can be obtained for 30% of points for large tan β, while in both schemes the muon mass can be generated by 40% of points only when the most precise sfermion splitting (from the FDM) is taken into account.

Estudiamos numéricamente el problema supersimétrico del sabor en el MSSM, estamos propiamente interesados en estimar la dimensión del problema del sabor supersimétrico y su dependencia de los parámetros del modelo MSSM. Para esto, realizamos un análisis numérico generando aleatoriamente las entradas de las matrices de masa de los sfermiones y entonces determinamos cuál es el porcentaje de puntos que son consistentes con las cotas actuales en las transiciones con violación de sabor en los decaimientos que violan sabor leptónico (LFV) l i → l j γ. Aplicamos dos métodos, el Método Aproximado de Inserción de Masa (MIAM) y el Método de Diagonalización Total (FDM). Además, determinamos cuáles masas de los fermiones podrían ser generadas radiativamente (a través de los rizos gaugino-sfermión) en forma natural, usando las matrices de masa generadas aleatoriamente. En general, la generación de la masa del electrón puede ser realizada con el 30% de los puntos para tan β grande; en ambos esquemas la masa del muón puede ser generada por un 40% de puntos sólo cuando el desacoplo sfermiónico más preciso (del FDM) es considerado.

Effect of heat transfer on the performance of a thermoelectric heat pump driven by a thermoelectric generator

A model of a thermoelectric heat pump driven by a thermoelectric generator with external heat transfer irreversibility is proposed. The performance of the combined thermoelectric heat pump device obeying Newton's heat transfer law is analyzed using the combination of finite time thermodynamics and non-equilibrium thermodynamics. Two analytical formulae for heating load versus working electrical current, and the coefficient of performance (COP) versus working electrical current, are derived. For a fixed total heat transfer surface area of four heat exchangers, the allocations of the heat transfer surface area among the four heat exchangers are optimized for maximizing the heating load and the COP of the combined thermoelectric heat pump device. For a fixed total number of thermoelectric elements, the ratio of the number of thermoelectric elements of the generator to the total number of thermoelectric elements is also optimized for maximizing both the heating load and the COP of the combined thermoelectric heat pump device. The influences of thermoelectric element allocation and heat transfer area allocation are analyzed by detailed numerical examples. The optimum working electrical currents for maximum heating load and maximum COP at different total numbers of thermoelectric elements and different total heat transfer areas are provided, respectively.

En el presente trabajo se propone un modelo de una bomba de calor termoeléctrica controlada por un generador termoeléctrico con transferencia de calor externa irreversible. Se analiza el desempeño de la bomba de calor combinada, la cual obedece a la ley de Newton de transferencia de calor, usando la combinación de termodinámica de tiempo finito y termodinámica fuera de equilibrio. Se obtienen dos formulas analíticas: para la carga de calor y para el coeficiente de desempeño, ambas en función del trabajo de corriente eléctrica. Se realiza una optimización de la posición de la superficie de transferencia de calor entre cuatro intercambiadores para maximizar la carga de calor y el coeficiente de desempeño de la bomba de calor termoeléctrica combinada. Para este mismo fin, se optimiza también la razón entre el número de elementos termoeléctricos del generador y el total. Se analiza, mediante ejemplos numéricos detallados, la influencia entre las posiciones del elemento termoeléctrico y del área de transferencia de calor.

Thermal and optical characterization of pigments attached to cellulose substrates by means of a self-normalized photoacoustic technique

A self-normalized photoacoustic (PA) methodology, involving the front and transmission configurations in the Beer-Lambert model for light absorption, is implemented for the measurement of optical and thermal properties of thin layers of substances in solid phase. To achieve this, the corresponding theoretical equations describing the PA effect in the Rosencwaig-Gersho model, were used. This new methodology was applied for the measurement of the optical absorption coefficient (at 658 nm) and thermal diffusivity of paper samples with different colors. This last physical property was also measured for all paper samples by using a self-normalized PA technique, already reported in the literature, involving the surface absorption model. In order to fulfill the theoretical assumptions in this last case, the paper samples were painted, on both sides, with a black marker. The thermal diffusivity values obtained in both cases were quite consistent among themselves and with the corresponding ones reported for similar materials.

Se implementa una metodología fotoacústica (FA) auto-normalizada, la cual involucra las configuraciones frontal y por transmisión en el modelo de absorción luminosa de Beer-Lambert, para la medición de las propiedades ópticas y térmicas de láminas delgadas de sustancias en la fase sólida. Se utilizan para este fin las correspondientes ecuaciones teóricas que describen el efecto fotoacústico en el modelo de Rosencwaig-Gersho. Esta nueva metodología se empleo para la medición del coeficiente de absorción óptico (a 658 nm) y la difusividad térmica de muestras de papel de diferentes colores. Se midió también esta última propiedad térmica para todas las muestras de papel utilizando una técnica FA auto-normalizada, ya reportada en la literatura, en la cual se utiliza el modelo de absorción superficial. Para satisfacer los requerimientos teóricos en este último caso, las muestras de papel se pintaron con marcador negro en ambos lados. Los valores de difusividad térmica medidos en ambos casos estuvieron en excelente acuerdo entre ellos y con los correspondientes reportados en la literatura para materiales similares.

The geometrical characteristics of fcc, hcp, and polycrystalline nanowires: simulations of transmission electron microscopy images and diffraction patterns

To theoretically study the physicochemical properties of nanowires, it is necessary to build the corresponding atomic geometrical models. Here we present the geometrical characteristics of nanowires with fcc, hcp, and polycrystalline structures. We consider fcc and hcp wires grown along the (111) and z axis directions, respectively, with various diameters and lengths. In addition, since staking faults in these systems are very common, we analyze also the case of nanowires formed by stacked pieces having different crystalline structures and orientations, a fact that leads to the formation of several internal interfaces. By performing simulations of transmission electron microscopy (TEM) images and diffraction patterns of the nanowires considered here, we reveal how sensitive are the calculated images to the defocus condition as well as to the orientation of the wire with respect to the incident beam, a result that must be taken into account in order to better understand the measured data.

Para el estudio teórico de las propiedades fisico-químicas de alambres es necesario construir el correspondiente modelo geométrico. Presentamos las caracteríisticas geométricas de nanoalambres con estructuras fcc, hcp y policristalinos. Consideramos alambres fcc y hcp crecidos a lo largo de las direcciones (111) eje z respectivamente, con varios diámetros y longitudes. Además, como en estos sistemas son comunes las fallas de crecimiento (stacking faults), también analizamos el caso de nanoalambres formados por tramos que tienen diferentes estructuras cristalinas y orientaciones, lo que lleva a la formación de varias interfases internas. Llevando a cabo la simulacion de imágenes de alta resolución en microscopía de transmisión de electrones (TEM) y de sus respectivos patrones de difracción de los nanoalambres aquí considerados, hacemos notar lo sensitivas que son a las condiciones de enfoque las imágenes calculadas, así como también a la orientación de los nanoalambres con respecto al haz incidente, un resultado que debe tenerse en cuenta para un mejor entendimiento de las mediciones obtenidas.

Umbrales de percolación de sitios. Pequeñas celdas bidimensionales asimétricas

Site percolation thresholds p c and critical exponent v associated to square lattices, triangular lattices and hexagonal lattices are obtained. We consider a methodology consisting in the growth in size of cells for each geometry, denoted for M. A site is occupied with probability p and 1 - p if it is not occupied. Two directions of the plane: horizontal and vertical, through asymmetrical cells are considered for studying site percolation phenomena, so, a percolation functions associated to horizontal or vertical direction, fH(M,p) or fV(M,p) are obtained respectively. Using finite scaling techniques, the critical points at the thermodynamic limit are obtained. Site percolation thresholds are compared through three different ways: first, using the maximum of the derivative of the function f(H,V)(M,p) denoted by p p(H,V)(M), second, considering the solution of the equation f(H,V)(M,p) = p, denoted by p g(H,V)(M), and third, using the cross-point of the curves associated to percolation thresholds for horizontal and vertical directions, represented by p f (M). Critical exponent v is obtained through two different ways: first, using the maximum of the derivative defined as f ' (H,V)(M,p p), and second, considering the cross point of both derivatives f '(M,p f ). The values associated to site percolation thresholds and critical exponent v are in good agreement with the similar ones informed in literature, validating the methodology proposed here.

Se estudia el umbral de percolación de sitios p c y el exponente crítico v en redes cuadradas, triangulares y hexagonales. Para ello se usa la metodología de hacer crecer pequeñas celdas de tamaño M en cada geometría. Se considera la probabilidad p si un sitio esta ocupado y 1 - p si esta desocupado. Con el fin de incorporar la percolación en las dos direcciones que define el plano (horizontal y vertical), se consideran celdas asimétricas, cuya función de percolación está respresentada por fH(M,p) o fV (M,p), dependiendo si se trata de percolación horizontal o vertical, respectivamente. Usando la técnica de escalamiento de tamaño finito, se calculan los puntos críticos que caracterizan el fenómeno en el límite termodinamico. Se comparan los umbrales de percolación mediante tres formas diferentes, aquel correspondiente el máximo de la derivada de la funciones f(H,V)(M,p) denotado por p p(H,V)(M), el que determina la resolución del polinomio f(H,V) (M,p) = p, denotado por p g(H,V)(M) y el que se encuentra mediante el cruce de las curvas de los umbrales de percolación horizontal y vertical, representado por p f (M). Por otro lado, el exponente crítico v se obtiene de dos formas diferentes, aquella relacionada con el maximo de la derivada definida como f '(H,V)(M, p p) y con el punto de cruce de los umbrales de percolación horizontal y vertical sobre cada tipo de celda y definida como f '(M,pf). Los valores encontrados tanto para el umbral de percolación de sitio asociado a cada geometría, como el exponente crítico v estan en buena correspondencia con los informados en la literatura, lo que valida la metodología aquí propuesta.

Two, three and four photon absorption of naphthalene

The effects of the multiple-photon absorption on the ionization, MPI, and dissociation, MPD, of Naphthalene were investigated. Laser radiation of 266 nm at pulse widths of 4.5 ns and intensities of the order of 10(8)-10(10), and carrier gases, CGs, such as helium, neón, argon, krypton, and xenon were used. In order to identify the produced ions, the time of flight mass spectrometry technique, ToF-MS, was employed. From the experimental data the number of photons absorbed was calculated, being two at low energies per pulse, less than 1.0 mJ, where the parent ion, C10H8+, was detected, in agreement with the ionization energy of Naphthalene, 8.14 eV. Increasing the energy per pulse to more than 1.0 mJ, new ions were observed, and three and four photons processes were identified. The effect of the CG was also investigated: the ion yields change as a function of energy per pulse and the CG. A sequence of pathways for photoionization and photodissociation was proposed taking into account the energy per pulse, number of absorbed photons and normalized ion yields.

Se investigó el efecto de la absorción múltiple de fotones en la ionización, MPI, y disociación, MPD, del Naftaleno. Para ello se utilizó radiacion láser de 266 nm con anchos de pulso de 4.5 ns, e intensidades del orden de 10(8)-10(10), y diferentes gases acarreadores, CGs, como helio, nen, argón, criptón y xenón. La identificación de los iones resultantes de los procesos de MPI y MPD, se realizó mediante espectrometría de tiempo de vuelo, ToF-MS. De los datos experimentales se calculo el número de fotones absorbidos en los procesos mencionados, a bajas energías por pulso, menores que 1.0 mJ; se detecto principalmente el ion molecular, lo cual estuvo de acuerdo con el potencial de ionizacion del naftaleno, 8.14 eV. Al incrementar la energía por pulso, a mas de 1.0 mJ, se observó la formación de nuevos iones, como una consecuencia de la absorción de tres y cuatro fotones. Se propuso una secuencia de rutas de fragmentación para los procesos MPI y MPD, teniendo en cuenta la energía por pulso, el número de fotones absorbidos y las eficiencias iónicas normalizadas. También se investigó el efecto de los CGs, y se observó que las eficiencias iónicas cambian al variar la energía por pulso y el CG.

The three dynamical fates of Boson Stars

In this manuscript the three types of late-time behavior of spherically symmetric Boson Stars are presented, namely: stable configurations, unstable bounded that collapse and form black holes and unstable unbounded that explode. These three possibilities have been predicted by perturbation theory and other analytical results, whereas the full non-linear evolution of Boson Star configurations has verified the stable and unstable bounded cases using numerical relativity. In this paper also the unbounded case is confirmed to happen. In order to do so, Boson Star solutions are used as initial data of the Einstein-Klein-Gordon system of equations formulated as a constrained initial value problem, which in turn is solved using the finite differences approximation.

En este trabajo se presentan los tres tipos de comportamiento temporal de estrellas de bosones esfericamente simétricas, es decir: configuraciones estables, inestables que colapsan para formar agujeros negros e inestables que explotan. Estas tres posibilidades han sido predichas por la teoría de perturbaciones y otros resultados analíticos, mientras que la evolución no-lineal de las configuraciones de estrellas de bosones ha verificado los casos estable e inestable acotado usando relatividad numérica. En este artículo se confirma además el caso inestable no acotado. Para tal efecto, las soluciones de estrellas de bosones se usan como datos iniciales del sistema de ecuaciones de Einstein-Klein-Gordon formulado como un problema de valores iniciales con evolución restringiuda que resolvemos usando la aproximación con diferencias finitas.

Empleo de detector semiconductor de c-Si del tipo microbandas en la obtención de imágenes radiográficas digitales de maniquíes y muestras biológicas de mamas

El presente trabajo sintetiza los resultados experimentales obtenidos en la caracterización de un detector de silicio cristalino de 64 microbandas diseñado para experimentos de física de las altas energías, con el objetivo de estudiar su posible aplicación en la imagenelogía médica, específicamente en mamografía y angiografía digital. La Investigación incluyó la obtención de radiografías bidimensionales de un maniquí mamográfico empleando el método de barrido y su comparación con similares resultados simulados matemáticamente para diferentes fuentes de rayos X. También se presentan las imágenes reales obtenidas luego de radiografiar dos muestras de tejido biológico tomadas de biopsias de mamas, donde se identifica la existencia de un tipo de lesion pretumoral. Los resultados alcanzados apuntan positivamente hacia la posibilidad real de que estos detectores de avanzada puedan ser satisfactoriamente introducidos en la obtención de imágenes radiográficas digitales médicas.

The present work synthesizes the experimental results obtained in the characterization of 64 microstrips crystalline silicon detector designed for experiments in high energies physics, with the objective of studying its possible application in advanced médical radiography, specifically in digital mammography and angiography. The research includes the acquisition of two-dimensional radiography of a mammography phantom using the scanning method, and its comparison with similar images simulated mathematically for different X rays sources. The paper also shows the experimental radiography of two biological samples taken from biopsies of mammas, where it is possible to identify the presence of possible pathological lesions. The results reached in this work point positively toward the effective possibility of satisfactorily introducing those advanced detectors in médical digital imaging applications.