La radioterapia es uno de los tratamientos más generalizados aplicados a los pacientes que padecen determinados tipos de cáncer. Sin embargo, la efectividad de este tipo de tratamientos en la destrucción de las células cancerígenas lleva asociada la posibilidad de sufrir los efectos secundarios de la radiación sobre los tejidos sanos circundantes. El riesgo de lesión de las células sanas depende fundamentalmente de la orientación del haz emitido por la unidad de radioterapia y de la intensidad de la radiación recibida por el paciente. Los avances tecnológicos están permitiendo optimizar los tratamientos, disminuyendo las dosis administradas y los efectos indeseables de éstas, pero uno de los principales problemas en el cálculo de dosis de estos sistemas es la exactitud de los algoritmos de cálculo en presencia de tejidos con densidades muy diferentes, así como el conocimiento exacto del espectro emitido por los aceleradores lineales médicos. Una de las herramientas aplicadas en este campo es el método de Monte Carlo frente a procedimientos de cálculo deterministas. Este método, es una técnica de cálculo que permite, entre otras aplicaciones, simular el efecto de las radiaciones que se utilizan en la terapia contra el cáncer y otras afecciones similares. El trabajo que aquí se presenta, pretende demostrar la posibilidad de trasladar el uso de las simulaciones Monte Carlo a la planificación de los tratamientos en radioterapia, mejorando la eficacia en el cálculo de la distribución de dosis en un determinado medio frente a los sistemas tradicionales. Además pretende validar el uso de las simulaciones a otras aplicaciones relacionadas como es la reconstrucción de espectros fotónicos. Una simulación de este tipo implica modelizar con realismo la geometría del cabezal del acelerador, así como definir los parámetros físicos que rigen el transporte de las partículas. Además, es imprescindible el conocimiento detallado del espectro emitido por el acelerador lineal modelizado, pues de la energía del haz dependen los factores dosimétricos a cuantificar. Una parte importante de este trabajo se centra en la reconstrucción del espectro de un acelerador lineal y su utilización en la simulación del transporte de fotones y electrones durante el funcionamiento de la unidad de radioterapia. El procedimiento desarrollado para caracterizar los haces de radiación generados en un acelerador lineal está basado en la deconvolución mediante los algoritmos de Hansen de las curvas de dosis en profundidad simuladas y medidas en una cuba de agua. Las comparaciones realizadas entre las medidas experimentales y los cálculos realizados demuestran que el algoritmo desarrollado en este trabajo es una vía válida para reconstruir los espectros fotónicos emitidos por unidades de radioterapia. En el desarrollo de esta tesis se explica detallada y rigurosamente todo este proceso, a la vez que se aportan los datos experimentales que justifican que es una metodología fiable para lograr el propósito de reconstruir espectros fotónicos. / Juste Vidal, BJ. (2011). Aplicación del Método de Monte Carlo a la Planificación en Radioterapia y a la Reconstrucción de Espectros de Fotones de Aceleradores Lineales de Partículas (LinAc) [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11110 / Palancia

Los plasmones describen las oscilaciones colectivas de la densidad del gas de electrones libres. Estos son capaces de interactuar, al igual que otras cuasipartículas, con los fotones para dar origen a nuevos tipos de cuasipartículas. De todas ellas, los Surface Plasmon en interfaces planas metaldieléctrico o en nanopartículas metálicas han recibido considerable interés por parte de la comunidad científica debido a sus propiedades ópticas difícilmente alcanzables con otros materiales ópticos. En adición, el campo eléctrico asociado con los Surface Plasmon en nanopartículas mejora significativamente variando las propiedades físicas de la propia nanopartícula o el medio que lo rodea. Actualmente, estas ventajas se utilizan en el campo de la medicina y el estudio de procesos biológicos, las cuales requieren de instrumentos de detección que posean una alta sensibilidad. Por ello, se han utilizado plasmones para desarrollar nuevas técnicas de contraste de imágenes, etiquetado celular, sensores con alta sensibilidad, tratamiento térmico para cáncer entre otros. En adición, el campo eléctrico mejorado alrededor de un grupo de nanopartículas permite mejorar las señales Raman para desarrollar SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy). Por ello, los plasmones ofrecen nuevas posibilidades en Biomedicina para desarrollar nuevas técnicas de detección o tratamiento que compitan con los enfoques convencionales como el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA), la aglutinación de látex (LA) y los tratamientos o métodos de detección para diferentes tipos de cáncer. Esto demuestra que el uso de plasmones en el campo de la Biomedicina tiene bastante relevancia para aplicaciones futuras.

This work is motivated by the physical processes which take place in active galactic nuclei (AGN). They are powerful sources of radiation in a wide wavelength. To gain knowledge about these processes, multiwavelength spectral energy distributions (SED) are used. The current work uses three types of distributions applied to two blazars, a variety of AGN objects. The SED of blazars typically has a double-hump structure which can be explained in terms of two models: the hadronic and the leptonic model. A model built only by leptonic processes (in this case, inverse Compton and synchrotron) has proved to be fairly-good to explain the gamma-ray emission from most blazars. The Python package Naima restricts model parameters to find the best fit for the observed data and characterize the source by proposing processes that could take place there. The SEDs of the Mrk 421 and PKS 0537-441 blazars were modelled. The best fits obtained follows an electron differential distribution of the form of an exponential cutoff power law. They have a reduced c2 of 1.92 and 2.58, respectively. For the fitted model for the blazar PKS 0537-441, the radiation of the flux of photons product of the synchrotron process produces the major contribution on the inverse Compton flux. / Este trabajo nace del interés en los procesos que tienen lugar en los núcleos activos de galaxia (AGN). Los AGN son fuentes poderosas de radiación en un amplio espectro de frecuencias. A fin de obtener información sobre estos procesos, la distribución espectral de energía (SED) para múltiples frecuencias es utilizada. El presente trabajo usa tres tipos de distribuciones aplicadas a dos blazars, un tipo de núcleos de galaxia activos. La SED de los blazars típicamente tiene una estructura de dos montículos que puede ser explicada en términos de dos modelos: hadrónico y leptónico. Un modelo puramente compuesto de procesos leptónicos (en este caso Compton inverso y sincrotrón) ha probado ser adecuado para explicar la radiación emitida por los blazars. Naima, un paquete de Python, restringe los parámetros de los modelos para hallar el mejor ajuste para los datos observados y, de ese modo, caracterizar la fuente al proponer procesos que puedan tener lugar en ella. Los SED de los blazars Mrk 421 y PKS 0537-441 son modelados. Los mejores ajustes obtenidos siguen una distribución diferencial de electrones de la forma de un exponential cutoff power law y tienen c2 reducidos de 1.92 y 2.58 respectivamente. En el caso del modelo ajustado para el blazar PKS 0537-441, la radiación del flujo de fotones producto del proceso sincrotrón produce la mayor contribución en el origen del flujo del proceso de Compton inverso.

La computación cuántica es uno de los campos de investigación más activos en los últimos años. La idea de realizar computación mediante bits cuánticos (cúbits) se remonta a Benioff y Feynman en la década de 1980. Esto dio origen al modelo del circuito que es un enfoque que utiliza compuertas cuánticas para describir transformaciones sobre cúbits en un estado inicial. Otra alternativa es el modelo de computación cuántica basado en mediciones (MBQC). En particular, el llamado modelo one-way que es el primero de este tipo. Este modelo no utiliza compuertas, sino mediciones de un cúbit a la vez sobre un estado cuántico de múltiples cúbits altamente entrelazado. Este modelo se origina en el trabajo seminal de Raussendorf & Briegel [53] quienes demostraron la computación cuántica universal en estados cluster o grafos. En la presente investigación, estudiamos la implementación de circuitos cuánticos utilizando estados grafos con el modelo one-way. Proponemos un sistema de clasificación de los circuitos implementables utilizando un código en base ternaria que permite representar las distintas configuraciones de grafos lineales. Con el empleo de esta clasificación, estimamos recursivamente el número de circuitos implementables con un cluster lineal y mostramos que crece de manera exponencial en función al número de cúbits. Esta clasificación puede usarse para operar un compilador de una computadora cuántica tipo one-way. Un compilador cuántico para una computadora que use el modelo one-way va a requerir realizar mediciones y/o transformaciones sobre cúbits de forma selectiva. El orden de estas mediciones y sobre qué cúbit se implemente cuál transormación dependerá del circuito requerido por el usuario del computador cuántico.

In this work we study two newly discovered classes of radio sources: the highly energetic, short-lived events, known as Fast Radio Bursts (FRBs), and a new category of compact sources known as Fanaroff-Riley type 0 radio galaxies (FR0s). Due to a possible catastrophic event origin for the FRBs and a previous correlation found with an FR0 in the Γ-rays spectrum, it is possible that these radio sources could also emit high energy photons in the Fermi-LAT satellite energy range (20 MeV - 300 GeV). Here we present an exhaustive time-dependent and spatial search of all up-to-date observed FRBs and FR0s, respectively. We perform a likelihood analysis of the radio sources by modeling the excess flux of gamma rays with a varying index power law function using data from Fermi-LAT and the 3FGL catalog. No correlations with more than 5 σ were found. Two FRBs and one FR0 with more than 4 σ were further analyzed. However, the significance from these sources is most likely due to nearby blazars. Therefore, upper limits for all sources are calculated. / En este trabajo, estudiamos dos nuevas clases de fuentes de radio recientemente descubiertas: un tipo de fuente altamente energética y de corta duración conocidas como Fast Radio Bursts (FRBs) y la nueva categoría de fuentes compactas conocidas como radio galaxias Fanaroff-Riley tipo 0 (FR0s). Debido a un posible origen de evento catastrófico para los FRBs y una previa correlación encontrada de un FR0 con rayos gamma, es posible que estas fuentes de radio emitan también fotones de muy alta energía en el rango que mide el satélite Fermi-LAT (20 Mev - 300 GeV). Aquí presentamos una búsqueda temporal y espacial exhaustiva de todos los FRBs y FR0s observados y documentados en los catálogos presentes. Realizamos un análisis de verosimilitud modelando el exceso del flujo de rayos gamma con índice variable de una ley de potencias con data de Fermi-LAT y el catálogo 3FGL. Dos FRBs y un FR0 con más de 4 sigmas fueron analizados más a fondo. Sin embargo, la significancia de estas fuentes es mayormente debido a blazares cercanos. Por tanto, límites superiores en el flujo para todas las fuentes son presentados.

Se describe la aplicación de pulsos láser ultracortos (≤10fs) en espectroscopía y microscopía de dos fotones llevada a cabo en nuestro grupo de investigación, subrayando las ventajas y requerimientos de este enfoque. Además se presenta una breve descripción de la manipulación de pulsos, de las distorsiones de fase experimentadas por los pulsos láser de femtosegundo y de cómo corregir tales distorsiones utilizando manipuladores de pulsos. / Femtosecond laser pulses in two-photon spectroscopy and microscopy: The application of shaped ultrashort laser pulses (≤10fs) in two-photon spectroscopy and microscopy carried out in our group is  described, highlighting the advantages and requirements of this approach. In addition, a brief description of pulse shaping, phase distortions experienced by femtosecond laser  pulses and how to correct these distortions using a pulse shaper is also presented.