Trabajos de fin de máster

Este enlace contiene información detallada sobre las ayudas a la iniciación a la investigación dirigidas a estudiantes de másteres oficiales con temáticas relacionadas con las actividades de la Unidad y que deseen realizar su trabajo de fin de máster en la misma.

A continuación figura la lista de Trabajos de Fin de Máster que oferta la Unidad CFP, junto con una descripción breve y las personas de contacto.

Análisis de oscilaciones de neutrinos con el experimento Double Chooz

Dra. Inés Gil Botella (CIEMAT), Dra. Carmen Palomares Espiga (CIEMAT)
Double Chooz es un experimento de oscilaciones de neutrinos que mide la desaparición de los antineutrinos producidos en la central nuclear de Chooz en Francia mediante dos detectores situados a diferente distancia de los reactores nucleares. En noviembre de 2011 Double Chooz realizó la primera medida del ángulo de mezcla θ13, hasta entonces desconocido, con un solo detector y en la actualidad se encuentra tomando datos con los dos detectores, lo cual va a permitir mejorar drásticamente la precisión de esta medida en los próximos años. En este trabajo de máster se propone analizar los datos adquiridos por este experimento y desarrollar un estudio de las oscilaciones de los neutrinos procedentes de la central. Para ello se realizará una selección que permita identificar la señal que producen los neutrinos en el detector frente a otro tipo de sucesos de fondo.

Estudio de la colección de luz en el experimento de neutrinos WA105

Dra. Inés Gil Botella (CIEMAT), Dra. Carmen Palomares Espiga (CIEMAT)
Los futuros experimentos de neutrinos como DUNE en Fermilab (EEUU), cuyo principal objetivo es la medida de la violación de la simetría CP en el sector leptónico, consistirán en detectores TPC de Argón líquido expuestos a haces de neutrinos. En este contexto WA105 es un prototipo de 300 toneladas que se está construyendo en el CERN y que será expuesto a haces de partículas cargadas (que son el resultado de la interacción del neutrino). El grupo de neutrinos del Ciemat está encargado del sistema de colección de la luz de centelleo en dicho detector, que consiste en grandes fotomultiplicadores que operarán a temperatura criogénica. Las tareas propuestas en este trabajo de máster comprenderán el estudio y la caracterización en el laboratorio de estos fotomultiplicadores, la simulación de los procesos que tendrán lugar en el detector y el estudio de su señal de centelleo.

Búsqueda de Materia Oscura con experimentos subterráneos de argón

Dr. Roberto Santorelli (CIEMAT), Dr. Luciano Romero Barajas (CIEMAT), Dr. Pablo García Abia (CIEMAT)
La naturaleza de la Materia Oscura es ampliamente considerada una de las más importantes cuestiones abiertas de la física moderna. Múltiples observaciones sugieren que menos del 16% del contenido de materia del universo está hecho de materia ordinaria, mientras que la mayor contribución viene dada por materia no-luminosa y no-bariónica que se manifiesta a través de sus efectos gravitatorios. Un posible explicación al problema de la Materia Oscura reside en la existencia de partículas masivas que interaccionan débilmente llamadas WIMPs, remanentes del Big Bang. Hay varios proyectos mundiales en marcha, en general llevados a cabo en laboratorios subterráneos, que buscan señales ínfimas producidas por las interacciones de las WIMPs. El objetivo del experimento ArMD, instalado en el Laboratorio de Canfranc bajo los Pirineos, es detectar WIMPs con una cámara de proyección temporal (TPC) electroluminescente llena de una tonelada de argón líquido. La finalidad de este trabajo de máster es contribuir al análisis de los datos que están siendo tomados actualmente por el experimento, verificar la rendimiento del detector de argón líquido y el poder de rechazo de eventos de ruido, contribuyendo en definitiva a la búsqueda de señales de Materia Oscura.

Desarrollo de nuevos detectores de argón de doble fase para la búsqueda directa de Materia Oscura

Dr. Roberto Santorelli (CIEMAT), Dr. Luciano Romero Barajas (CIEMAT), Dr. Pablo García Abia (CIEMAT)
La búsqueda directa de partículas masivas que interaccionan débilmente (WIMPs) es uno de los mayores retos para los futuros experimentos subterráneos. El descubrimientos de estas partículas podría explicar la naturaleza de la Materia Oscura, que es uno de los problemas fundamentales de la física modera aún sin resolver.  Si las WIMPs existen pueden dar lugar a retrocesos nucleares a través de interacciones nucleares débiles en un rango de energía de hasta 100 keV. Los límites de detección, establecidos por experimentos que están tomando datos en la actualidad, ponen límites muy severos a los requisitos de la nueva generación de detectores en términos de rechazo de fondo y sensibilidad. Los experimentos basados en elementos nobles, como las cámaras de proyección temporal electroluminescentes de argón y xenón, ofrecen las mejores expectativas para detectores con bajos umbrales de energía, alta masa y excelente capacidad de discriminación del fondo necesarios para esta investigación. El trabajo aquí propuesto se centra en la construcción de un prototipo de argón/xenón de alta presión para búsqueda directa de Materia Oscura y eventos raros. La actividad a desarrollar incluye tanto desarrollo de hardware, con el diseño de la electrónica y del sistema de adquisición de datos, como el análisis de los datos tomados en el laboratorio.

Medida de la sección eficaz de producción de dos bosones vectoriales W en colisiones protón-protón a sqrt(s)=13 TeV con datos del experimento CMS del LHC (CERN)

Dra. Isabel Josa Mutuberría (CIEMAT)
La producción de dibosones, WW, WZ o ZZ, es un proceso clave para estudiar en detalle el sector electrodébil del modelo estándar (ME). Cualquier desviación respecto de las predicciones del ME puede ser indicativo de señales de nueva física. La producción directa de dos bosones W es también el fondo más importante en los estudios relativos al bosón de Higgs, cuando se estudia en su canal de desintegración H→WW. En este trabajo se propone medir la sección eficaz de producción de dibosones WW en colisiones protón-protón a una energía en el sistema centro de masas de 13 TeV. Para ello se utilizarán datos de colisiones pp en el LHC del CERN recogidos por el experimento CMS durante el año 2016.

Estudio de los algoritmos para identificar quarks bottom y charm (b,c-tagging) con el detector CMS en el LHC

Dr. Juan Pablo Fernández Ramos (CIEMAT)
La identificación de chorros de partículas (jets) originados por la hadronización de quarks bottom y charm es importante para búsquedas de nueva física y para estudiar procesos del modelo estándar. Por ello se han desarrollado en el experimento CMS del LHC (CERN) una gran variedad de algoritmos que explotan las propiedades de los jets procedentes de la desintegración de quarks bottom y que los diferencian de aquellos que provienen de quarks charm, y éstos dos, a su vez, de jets de gluones o de quarks más ligeros (up, down, strange). El rendimiento de estos algoritmos se estudiará en colisiones protón-protón en el LHC a una energía de 13 TeV y los resultados se compararán con simulaciones Montecarlo.

Estudios del detector de muones del experimento CMS del LHC

Dra. Mª Cruz Fouz Iglesias (CIEMAT)
En el trabajo se analizarán datos tomados en el CERN con el detector CMS y se usarán los muones detectados para estudiar distintos aspectos de las prestaciones del detector de muones, que están relacionados con su eficiencia, resolución, sistema de disparo, etc.

Estudio de Modelos de propagación de rayos cósmicos con AMS

Dr. Carlos Mañá Barrera (CIEMAT), Dr. Jorge Casaus Armentano (CIEMAT)
Tras más de 5 años de funcionamiento en la Estación Espacial Internacional, el espectrómetro magnético AMS-02 ha realizado medidas hasta energías del TeV en el flujo de rayos cósmicos (electrones, positrones, protones, antiprotones, helio). Las desviaciones observadas en todas estas especies respecto a los modelos aceptados para su producción y propagación pueden indicar la presencia de nuevos mecanismos o nueva física conectada con la naturaleza de la materia oscura en la galaxia. Nuevas medidas de AMS-02 en otros canales, como el cociente de boro sobre carbono, o los cocientes entre isótopos de elementos ligeros, proporcionarán un conjunto de datos suficiente para reducir de maner significativa las incertidumbres asociadas a los modelos de producción y propagación de rayos cósmicos. El objetivo de este trabajo es evaluar el impacto esperable de las futuras medidas de AMS-02.

Estudio de un calorímetro para la detección directa de rayos cósmicos hasta energías de 1 PeV

Dr. Javier Berdugo Pérez (CIEMAT), Dr. Jorge Casaus Armentano (CIEMAT)
La medida directa del espectro energético de las especies más abundantes en los rayos cósmicos (protones, helio, electrones) muestra estructuras no compatibles con una pura ley de potencias en la energía. Estas observaciones apuntan a la existencia de mecanismos de producción o propagación no previstos en los modelos actuales y podrían indicar la presencia de nueva física. Para discernir entre las distintas posibilidades es necesario extender el rango energético de las medidas precisas realizadas en plataformas espaciales más allá del TeV. Dada la baja tasa esperada a estas energías, será necesario disponer de instrumentos con gran área efectiva. Calocube es un calorímetro propuesto para llevar a cabo medidas precisas de los rayos cósmicos hasta energías del PeV. El objetivo de este trabajo es evaluar los requisitos necesarios para realizar dicha medida y validar el diseño propuesto mediante el análisis de los datos recogidos con un prototipo del calorímetro en pruebas con haces de partículas en el CERN.

Evaluación de la emisión de rayos-X característica de la estrellas de la secuencia principal

Dra. Mercedes Mollá Lorente (CIEMAT), Dr. Yago Ascasibar (UAM), Martin Stuhlinger (ESAC) 

Observaciones del universo en rayos X revelan los estadios finales de la evolución estelar, a menudo conocida como el universo violento, y observaciones de rayos X con observatorios en órbita como el XMM-Newton de la ESA dedican mucho tiempo a este tipo de objetos singulares. Pero las galaxias consisten principalmente de estrellas de la secuencia principal como el Sol, y es importante por tanto entender cuál es la emisión promedio de rayos-X de los diferentes tipos espectrales de estas estrellas de la secuencia principal.  El instrumento EPIC del XMM-Newton, gracias a su amplio campo de visión (comparable al de la Luna llena), ha observado muchas estrellas de nuestra Vía Láctea, a pesar de que estas no eran objetivos con especial dedicación. Dado que la resolución espacial de los telescopios de rayos X es menor que la de los ópticos, las regiones de la Vía Láctea con alta densidad estelar no pueden ser incluidas debido a la posible superposición. Como las estrellas de la secuencia principal son fuentes débiles de rayos X, el límite de flujo reducirá la estrellas disponibles a un volumen reducido alrededor del Sol. Además, los espectros estelares no deben ser influidos por ningún fondo de rayos X producido por fuentes de emisión.  Con el objeto de llevar a cabo este proyecto con éxito el estudiante tendrá que:

  • generar una muestra estelar válida correlacionando el catálogo de fuentes de EPIC con otras bases de datos disponibles al público (especialmente GAIA),
  • determinar el volumen disponible en el que las estrellas pueden ser detectadas en rayos X,
  • extraer datos de los telescopios de rayos X más potentes del mundo,
  • identificar coincidencias casuales con fuentes del fondo como AGN,
  • modelar los espectros finales de rayos X combinados.
Este proyecto conlleva un fuerte colaboración entre la UAM y ESAC.

El origen de los positrones galácticos

Dra. Mercedes Mollá Lorente (CIEMAT), Dr. Yago Ascasibar (UAM)
A pesar de que la primera detección de positrones en el centro de la Vía Láctea se remonta a principios de los años setenta del siglo pasado, el origen de estas partículas continúa envuelto en misterio. El objetivo del presente Trabajo de Iniciación a la Investigación consiste en recopilar los datos experimentales relevantes (en particular, mapas del cielo a distintas frecuencias, así como información adicional sobre la distribución de materia y radiación en la galaxia) para reconstruir la distribución (espacial y en energía) de la población de electrones y positrones relativistas, compararla con modelos teóricos e intentar obtener información acerca de su origen. Etapas:

  • Revisión bibliográfica de trabajos sobre el tema
  • Recopilar mapas de cielo a diferentes frecuencias
  • Calcular los mapas en tres dimensiones de nuestra galaxia a partir de estos mapas observados
  • Reconstruir asi la distribución de materia y radiación en la Vía Láctea
  • Reconstruir distribución espacial y espectral de la población de electrones y positrones relativistas
  • Análisis de resultados comparando con modelos teóricos para obtener información acerca de su origen

El papel del polvo en los modelos de evolución química

Dra. Mercedes Mollá Lorente (CIEMAT)
La luz que las estrellas emiten es absorbida por los granos de polvo y luego re- emitida en el infrarrojo. Estos granos de polvo son producidos por las explosiones supernova y las estrellas AGBs, es decir en los procesos de muerte estelar. A partir de los trabajos de Valiante & Schneider (2007) y Zhukovska (2008) trataremos de obtener unas tablas de producción de polvo para diferentes masas estelares y metalicidades que puedan después incluirse en un modelo de evolución química para calcular el censo de polvo que puede haber en una galaxia o región. Etapas:

  • Revisión bibliográfica del estado del tema,
  • Obtención de las tablas de polvo de estrellas AGBs para diferentes metalicidades,
  • Obtención de las tablas de polvo de las supernovas tipo II para diferentes metalicidades
  • Normalización a las mismas metalicidades,
  • Inclusión en modelos de evolución química para una población estelar de una metalicidad dada,
  • Inclusión en modelos de evolución química con una historia de formación estelar,
  • Caso ejemplo: Vía Láctea, análisis de resultado.

Relación de las abundancias N/O con la Tasa de Formación Estelar (SFR)

Dra. Mercedes Mollá Lorente (CIEMAT), Dr. Enrique Pérez-Montero (IAA-CSIC)
La relación de las abundancias elementales con la historia de formación estelar es algo conocido a través de la relación Masa-Metalicidad (Lequeux, 1979; Tremonti et al. 2004), aunque hay discusión acerca de si existe también alguna relación directa de las abundancias con la tasa de formación estelar (Lara-López, 2010; Manucci et al, 2010; Sánchez et al. 2013; Salim etal. 2014). En realidad la historia de formación estelar se trasmite en diferentes abundancias a lo largo del tiempo pero también hay diferencias con los distintos elementos, pues el O es eyectado por las estrellas masivas pero el N es eyectado por estrellas de masa intermedia, así que la relaciones de sus abundancias, 12+log(O/H) y log(N/O), con la SFR serán distintas, siendo la relación con la SFR probablemente más clara al estudiar el N. De hecho en Molla et al. (2006) se estudió la relación de N/O con O/H y se vio que las historias evolutivas eran determinantes en la posición de cada objeto en el plano N/O--O/H. En este trabajo se pretende hacer un estudio similar con los nuevos modelos de evolución química Mollá et al. (2016, en preparación) comparando con los datos obtenidos en el cartografiado CALIFA para N/O y SFR (Perez-Montero et al. 2016). Etapas:

  • Revisión bibliográfica de la relación M*-Z y de la relación M*-N/O,
  • Obtención de las mismas relaciones con los modelos de Mollá & Díaz (2005) y Mollá et al. (2016, en preparación),
  • Estudio del plano N/O-O/H y su relación con la SFR y con sSFR,
  • Comparación de los datos de CALIFA con los modelos.

Estudio del cociente M*/L en modelos evolutivos de galaxias

Dra. Mercedes Mollá Lorente (CIEMAT)
El cociente de la masa estelar con la luminosidad que emite una determinada población de estrellas es una cantidad que se utiliza habitualmente para obtener esa masa de manera rápida. Así Bell & de Jong (2001) dieron una relación empírica para obtener M* a partir de la magnitud en B y el color B-V. En este trabajo se pretende hacer una estimación similar a partir de los modelos de evolución química de Mollá et al. (2016, en preparación) y una comparativa con otros modelos, como los de síntesis evolutiva PopStar, (Mollá et al. 2009), y con otros trabajos de la literatura, analizando en particular la dependencia con la función inicial de masa (IMF). Etapas:

  • Revisión bibliográfica de trabajos sobre el tema,
  • Obtención de relaciones M*-magnitudes en diversas bandas y para diferentes IMFs con los modelos de síntesis evolutiva PopStar,
  • Obtención de las mismas relaciones con modelos de evolución química aplicables a espirales (Mollá & Díaz 2005; Mollá et al. 2014),
  • Estimar ecuaciones de transformación de unas IMFs a otras.