Estructura microscópica e hidrofobicidad de la superficie externa de un escarabajo del desierto de Sonora

Los seres vivos se adaptan al medio ambiente en el que viven para aprovechar los recursos disponibles para la vida. Esto es particularmente interesante en ambientes áridos donde la baja humedad ejerce una presión para que los organismos desarrollen mecanismos de captación y retención de agua. En particular, se ha reportado que una familia de escarabajos del desierto de Namibia es capaz de condensar y utilizar agua a partir de la humedad ambiental. Para ello, su superficie externa presenta un patrón bidimensional micro-estructurado con dominios hidrofílicos e hidrofóbicos alternados. En esta plática haremos una revisión breve de los mecanismos que han desarrollado los organismos para gestionar el flujo de agua con su entorno. Además, describiremos resultados experimentales obtenidos con un escarabajo del desierto de Sonora: el pinacate (Eleodes eschscholtzii). La microscopía electrónica de barrido nos ha permitido obtener imágenes de la estructura de la superficie de este insecto: se trata de un patrón poligonal (hexágonos y pentágonos de dimensiones del orden de diez micras) sobre el cual aparecen protuberancias de diámetros mayores. Las mediciones del ángulo de contacto de dichas superficies muestran que son ligeramente hidrofílicas, aunque resultados preliminares muestran que la hidrofobicidad de las muestras estudiadas depende de la humedad ambiente del lugar donde se obtuvieron. En la plática discutimos algunas ideas sobre el posible mecanismo de captación de agua de estas especies y describimos algunos dispositivos captadores de agua que se han diseñado y construido en base a estos estudios. Se estima que con este tipo de superficies en lugares áridos se podrá obtener del orden de dos a diez litros de agua por metro cuadrado cada día.

Inertial active Brownian particles in d-dimensions

Recently, the effect of inertia on transport properties of inertial active Brownian particles (IABPs) has been elucidated but only in two dimensions. Here, we show an analytical procedure to find the required orientation correlation in d-dimensions. With the latter expression available, we generalize previous two-dimensional results and consider IABPs in an anisotropic well, as well as charged IABPs under a weak magnetic field. Theoretical expressions for the mean-square displacement (MSD), mean-square speed (MSS) for both situations, are offered.

Estudio numérico de percolación explosiva en redes aleatorias

En este trabajo se estudia la transición de fase del modelo de percolación explosiva utilizando redes aleatorias. El modelo se encarga de capturar las características más importantes de una red que atraviesa por un cambio repentino en la conectividad. El rasgo representativo del modelo es la adición de un mecanismo de selección de enlaces que evita el crecimiento de componentes de gran tamaño, lo cual genera un retraso en el surgimiento de conectividad a gran escala dentro del sistema. Este cambio es tan abrupto que se presentó como discontinuo en su artículo fundacional. Sin embargo, aquí se analiza detalladamente el parámetro de orden mediante un enfoque numérico y se confirma un resultado matemáticamente exacto que muestra que es continuo. Además, a través de distintas técnicas de escalamiento se caracteriza el comportamiento de los observables de interés en las cercanías del punto crítico. Esto produce una buena aproximación del umbral de percolación al igual que un conjunto de exponentes críticos. Aunque el carácter inusual del modelo ocasiona una discrepancia entre los valores obtenidos por cada técnica, existen ciertas propiedades que trascienden más allá del método utilizado. En particular, las relaciones de escalamiento correspondientes se cumplen en buena forma. También, a diferencia de la percolación clásica, se encuentra que el parámetro de orden muestra una distribución bimodal en el punto crítico y que existe un cambio de decaimiento en las distribuciones de tamaños pre- y postcríticas. De manera que una sencilla modificación al modelo de percolación clásica produce toda una nueva clase de universalidad y una variedad de peculiaridades que pueden tener un impacto beneficioso en redes reales, tal como retrasar la aparición de grandes redes de contacto entre individuos en una epidemia.

Deslocalización inducida por interacciones y quasiperiodicidad en redes con tunelaje de largo alcance

Se presenta el análisis de un par de caminantes cuánticos en una red unidimensional quasiperiodica, con la característica particular de que los caminantes poseen tunelaje de corto a largo alcance. En particular se estudia la evolución del par a partir de una condición inicial para tiempos largos, en el régimen de interacción fuerte. Se demuestra que mientras que en ausencia de quasiperiodicidad la dinámica se rige por el transporte de dímeros, a medida que la cuasiperiodicidad se incrementa, se destruye la imagen usual en la que la falta de orden de largo alcance da lugar a localización. Por el contrario, las dos partículas viajan a través de la cadena en una dimensión para valores grandes de quasiperiodicidad.

Defectos topológicos en gotas esferoidales de cristales líquidos nemáticos

Los cristales líquidos (CL) son sistemas físicos en un estado de la materia que poseen propiedades tanto de los líquidos como de los sólidos cristalinos. Presentan también, una variedad de fases estables denominadas mesofases, que están fuertemente relacionadas con la distancia relativa entre moléculas y las orientaciones de las mismas. Se sabe que el confinamiento geométrico se usa para controlar la orientación, las transiciones de fase y los defectos topológicos que surgen en las gotas de cristal líquido. Las interacciones moleculares entre los mesógenos, junto con las constantes elásticas del CL, pueden influir en la orientación del sistema mismo según la composición química de la superficie de la gota que los confina, por lo que estas características determinan los defectos topológicos del CL en la gota. En este trabajo, presentamos resultados de un estudio computacional de gotas esferoidales de CL que exhiben una colección de morfologías y defectos topológicos, debidos a perturbaciones en el parámetro de orden nemático, que surgen de las interacciones entre los mesógenos formadores de CL (modelados con el potencial de Gay-Berne) y el límite de la gota debido a la fuerza de anclaje. Dentro de las configuraciones estables se encuentran la bipolar, axial y tipo plano-polar.

Termodinámica Geométrica del fluido asociado al potencial de pozo cuadrado

Se estudia el fluido de pozo cuadrado desde la perspectiva de la Termodinámica Geométrica (TG) en la región subcrítica y supercrítica. Se reproducen las lineas de la curva espinodal, las curvas de coexistencia y las líneas de Widom geométricas para los alcances $\lambda = 1.25, 1.5, 2, 3$ usando el formalismo geométrico. Una característica importante de las curvas geométricas es que la línea espinodal se puede reproducir en su totalidad en todo el espacio termodinámico para todos los alcances, a diferencia de los puntos de la curva de coexistencia que solo se puede reproducir de forma exacta en una región acotada y hasta cierto valor de la temperatura. Se encuentran las líneas de Widom geométricas entendidas como los máximos del escalar de curvatura R y su dependencia del alcance. Se encuentra que se cumple el principio de estados correspondientes para esta familia de fluidos de tipo pozo cuadrado.

Movimiento Browniano en fluidos complejos confinados

Partículas coloidales dispersas en un fluido, se observan animadas de un incesante movimiento aleatorio debido a la agitación térmica del medio dispersor. Dicho movimiento, conocido ampliamente como Movimiento Browniano, está bien caracterizado como un proceso gaussiano cuando ocurre en un líquido simple en equilibrio térmico. Este proceso es el ingrediente fundamental de la dinámica en una amplia gama de sistemas conocidos como fluidos complejos o bien como materia blanda: suspensiones coloidales, soluciones poliméricas, fluidos biológicos, membranas celulares, petróleo y muchos otros. En una vasta variedad de situaciones, los sistemas de interés se hallan en condiciones de confinamiento, p. ej. en medios porosos, en fracturas, en interfases, o bajo la influencia de campos externos. De manera cada vez más frecuente, el estudio del movimiento de pruebas coloidales se utiliza para caracterizar diferentes propiedades del medio dispersor: estructura, viscoelasticidad, turbulencia, confinamiento y otras. En el presente trabajo, se presenta un estudio experimental del movimiento de partículas coloidales en fluidos bajo diferentes condiciones de confinamiento, para determinar los efectos del mismo sobre propiedades físicas de dichos fluidos.

El movimiento Browniano activo fraccionario

La extensión fraccionaria de la ecuación de transporte que describe el cambio en el tiempo de la densidad de probabilidad de hallar una partícula activa en una posición dada y auto-propulsándose en cierta dirección es considerada en dos dimensiones espaciales. La solución exacta para la densidad de probabilidad en encontrar a la partícula en cierta posición al tiempo t, independiente de la dirección de autopropulsión, es hallada en variables de Fourier-Laplace (que reemplazan a las variables espaciales y temporales respectivamente) en forma de fracciones continuas. Ecuaciones de tipo difusión emergen a distintas escalas espaciales y temporales. Una expresión analítica de la dependencia temporal de promedio del cuadrado del desplazamiento es obtenida y se observa difusión anómala caracterizada por un exponente cuyo valor transita de uno sub-balístico a tiempos cortos a uno sub-difusivo a tiempos largos.

Dinámica molecular de nanotubos de nitruro de boro en agua explicita”

En este trabajo estudiamos el comportamiento de nanotubos de nitruro de boro (BNNT) en agua, ya que estos poseen propiedades que los hacen prometedores para distintas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, en biomedicina son propuestos para el transporte de fármacos, como andamios tisulares, agentes químicos para la terapia de captura de neutrones de boro (BNCT) y en la electroporación irreversible para el tratamiento del cáncer. Varias de estas aplicaciones se desarrollan en medios acuosos. Por lo tanto, es relevante estudiar el ordenamiento que ocurre a nivel microscópico y la determinación de propiedades termodinámicas en condiciones específicas. Usamos dinámica molecular clásica para la descripción de este sistema y determinamos la constante dieléctrica estática y la función de distribución radial a diferentes condiciones de temperatura y concentración de BNNT. Los resultados se discuten en términos de las correlaciones de pares, el momento dipolar de los nanotubos, el efecto de la concentración y de la temperatura.

Modelos cinéticos de relajación y descomposiciones espacio-temporales para mezclas relativistas

La aproximación de relajación para la ecuación de Boltzmann ha sido ampliamente implementada con gran éxito en la teoría cinética no relativista. Dicho modelo es capaz de llevar a relaciones entre flujos y fuerzas termodinámicas consistentes con las derivadas de la ecuación completa así como aproximaciones para los coeficientes de transporte. Sin embargo, en el caso relativista existen dos propuestas tradicionales como generalizaciones del modelo BGK, cada una de ellas correspondiendo a diferentes descomposiciones espacio-temporales. El modelo de Marle se construye tomando la velocidad hidrodinámica como dirección temporal mientras que la propuesta de Anderson-Witting toma una dirección que elimina el flujo de calor del tensor de ímpetu-energía. Ambos modelos llevan a relaciones constitutivas consistentes, sin embargo difieren en los valores que arrojan para los coeficientes de transporte en el caso del fluido simple. El caso de la mezcla ha sido escasamente explorado. En este trabajo se consideran las dos representaciones para una mezcla binaria general. Se presentan las ecuaciones cinéticas así como las de transporte en ambos escenarios fundamentando las propuestas de los términos de colisión en las ecuaciones de conservación y el teorema H. Se presentarán además avances en el análisis de estabilidad del sistema de Navier-Stokes-Fourier en presencia de un campo gravitacional así como una discusión preliminar sobre dicho problema considerando una nueva propuesta de modelo de relajación (Rocha et. al. PRL 127, 012301).

Descripción estocástica de un gas de Bose en un espacio-tiempo curvo

Siempre se nos ha enseñado que la mecánica cuántica está basada en postulados, muchas veces dichos postulados quedan fuera de cuestionamientos. El colapso de la función de onda, su interpretación, el origen del concepto de probabilidad, entre otras cuestiones siguen siendo tema de debate. En el presente trabajo exploramos el formalismo de la mecánica estocástica, el cual busca dar una explicación a la mecánica cuántica a partir de términos clásicos, de tal forma que varias paradojas son evitadas. En particular usando la generalización relativista obtenemos la ecuación de Klein-Gordon escrita en su forma hidrodinámica, interpretamos la ecuación de Fokker-Planck asociada cuando proponemos una expresión para la función de onda escalar, donde la densidad de probabilidad esta asociada la densidad de partículas. Se propone una expresión para las velocidades en la ecuación de Langevin de tal forma que obtenemos expresiones para la Ley de Fick relativista, la ecuación de continuidad para un gas relativista escalar en un espacio-tiempo curvo, entre otros resultados.

Localización y transporte de ondas electromagnéticas en medios aleatorios con simetría esférica

Se considera la propagación de ondas electromagnéticas en un medio aleatorio estratificado con simetría esférica. El medio está formado por una sucesión de bicapas concéntricas, constituidas por dos monocapas de dieléctricos de tipo $a$ y $b$. El desorden, de tipo estructural, se introduce por medio de fluctuaciones del espesor de las monocapas. Aplicando la técnica de las matrices de transferencia se muestra cómo es posible reducir el análisis del modelo tridimensional al estudio de su homólogo con geometría unidimensional. Se determina la longitud de localización de las ondas electromagnéticas que se propagan en el medio tridimensional y se analiza la modulación de las propiedades de transmisión que puede obtenerse por medio de las correlaciones espaciales del desorden.

Propiedades elásticas de un fluido molecular confinado

Usando teoría de funcionales de la densidad se calcula de manera aproximada las componentes del tensor que describen el comportamiento de un fluido confinado. Se calcula la diferencia del tensor entre un estado deformado y no deformado, se obtiene una expresión microscópica en función del perfil de densidad y la deformación. Para realizar la comparación de la teoría desarrollada, se calcula esta diferencia de los tensores para un sistema confinado en una región con simetría esférica. En este nivel de simplificación, se compara los resultados con el modelo fenomenológico de la ley de Hooke y se identifican las componentes de las propiedades elásticas del sistema.

El rol de la curvatura espontánea en la formación de brotes en membranas celulares

Mostramos que el papel que juega la curvatura espontánea es muy relevante en la formación de brotes en membranas celulares. Ejemplificamos el caso del catenoide donde las contribuciones debido a la geometría son menores dada la curvatura nula de esta geometría. Mostramos que existe una forma analítica para la distribución de la curvatura espontánea en el catenoide y damos una expresión analítica para la fuerza sobre la cintura del catenoide, que pone de manifiesto su relevancia en procesos de interés como la división celular.

Estudio de la fragilidad en un sistema formador de vidrio por medio de un modelo granular bajo un campo magnético dependiente del tiempo

Estudiamos la transición vítrea en un sistema granular no vibrado compuesto por balines de acero magnéticos bajo un campo magnético variable a una concentración fija de partículas. El campo magnético aplicado es una superposición de una componente constante y una componente sinusoidal y está dado por $B = B_c + B_o sen(2 \pi f t)$, donde $B_c$ es un campo magnético constante durante un experimento, y puede variar entre 0 y 33 Gauss, $B_o$ es la amplitud del campo magnético sinusoidal el cual se mantiene constante en 66 Gauss, y $f$ es la frecuencia de oscilación que toma el valor de 9.25 Hz. Se observa que el índice de fragilidad cambia si el campo $B_c$ cambia. A medida que aumenta el campo constante, el sistema pasa de un comportamiento de formador de vidrio frágil a uno de formador de vidrio fuerte. En los análisis estructurales, se observa que el factor de regularidad aumenta al aumentar $B_c$, mostrando que el sistema se vuelve más regular a medida que el comportamiento de formador de vidrio fuerte es más dominante. Adicionalmente mostramos una relación entre el índice de fragilidad y la constante de elasticidad obtenida de los potenciales efectivos.

Modelo $\textit{run-and-tumble}$ en un sistema granular magnético no vibratorio unidimensional

Si estudiamos la naturaleza con detenimiento, podemos observar que está en desequilibrio y, en algunos casos, los colectivos de organismos que la componen se mueven extrayendo energía de su entorno. Estos colectivos se conocen como materia activa. En el presente trabajo, se utiliza un sistema granular magnético no vibratorio unidimensional para entender la dinámica de una partícula en un canal circular en función de la temperatura efectiva y del radio del canal. Identificamos que el comportamiento dinámico está bien representado por un modelo de $\textit{run-and-tumble}$. Incluso, podemos modular el movimiento de la partícula cambiando la magnetización de la misma.

Three-dimensional motion of noninteractive active matter with inertia

It is well known that inertia in active matter at macroscopic scales cannot be neglected. Up to now, theoretical work in this regard has been reported only in two dimensions. Here, we extend previous models and consider a three-dimensional system of noninteracting spherical active particles with both translational and rotational inertia (IABPS). Several important physical quantities from the system (effective diffusion, swim and Reynolds pressure, mean-square speed) are theoretically obtained and numerically validated. Finally, and by using Langevin simulations, a gas of IABPS in a square box is analyzed. This simulation indicates that as inertia in the system increases, the well-known wall accumulation of active particles tends to disappear. The total pressure at the walls is also seen to increase as inertia grows.

Dependencia de la polaridad en el mojado de superficies rugosas: aproximación con tensiones superficiales efectivas

El mojado de una superficie depende de la polaridad del sólido y del líquido, y no es excepción en una superficie rugosa. Este trabajo analiza el mojado de superficies rugosas de poliestireno con líquidos de alta (agua, etilenglicol, glicerol) y baja polaridad (dimetilformamida, dimetilsulfóxido, diyodometano). Las superficies fueron caracterizadas mediante microscopia de fuerza atómica para obtener su factor de área de Wenzel (r$_a$). Los resultados de mojabilidad se analizaron mediante el enfoque de la ecuación de estado (EQS) y la teoría de las componentes de la tensión superficial (STC). Encontramos que los ángulos de contacto de los líquidos se comportan de dos formas: los líquidos de alta polaridad incrementan de acuerdo con r$_a$, mientras que los de baja polaridad no son susceptibles a los cambios de r$_a$. En estos cálculos usamos tensiones superficiales efectivas como parámetro característico de las superficies rugosas.

Energía de condensación de gases de Bose tridimensionales con relación de dispersión cuadrática más brecha energética

En superconductividad es frecuente calcular la energ\'ia de condensaci\'on la cual es la diferencia entre las energías libres de Helmholtz en el estado normal y el estado superconductor. En el presente trabajo consideramos al estado superconductor como una condensación de Bose Einstein de pares de Cooper tratados como bosones en tres dimensiones, con relaci\'on de dispersi\'on cuadr\'atica más un gap de energ\'ia entre el estado base y el primer estado excitado, resultado del enlace entre los electrones que forman los pares. Reportamos la energía de condensación desde $T=0$ hasta la temperatura crítica, como la diferencia de las energías de Helmholtz del gas de Bose sin gap menos la del gas de Bose con un gap. A $T=0$ reproducimos la expresión $E_{cond}(T=0)/Nk_BT_0 \approx 0.1(T_c/T_0)^{3.4\pm 0.2}$ reportada en [1] para superconductores BCS y a base de hierro, donde $T_0$ es la temperatura crítica de CBE del gas ideal 3D de $N$ bosones. [1] J. S. Kim, G. N. Tam, and G. R. Stewart, Physical Review B {\bf 92}, 224509 (2015).

The role of static and dynamic friction in the homogeneous cooling instability

The homogeneous cooling instability for granular particles with different static and dynamic friction coefficients is explored. To understand the role of friction in the different cases, coefficients of restitution equal and different to zero are considered. In all cases, the total energy falls as the inverse time squared. However, energy equipartition is not held. Rotational kinetic energy falls monotonically, while, in some cases, translational kinetic energy is first slowly transformed into rotational energy and after a transient, it follows the same behavior as the total energy.

Tensor de presión en una intercara cilíndrica

Usando la teoría de funcionales de la densidad, se describe el comportamiento de un fluido inhomogéneo de un solo componente que se encuentra formando una intercara cilíndrica. Mediante una aproximación de campo medio a la energía libre, se calculan las componentes del tensor de presión para una gota de radio arbitrario. Con estas cantidades se calcula la diferencia de presión de las dos fases, la cual depende del perfil de densidad y del potencial de interacción. Considerando que el rango del potencial de interacción es pequeño comparado con el radio del cilindro, se desarrolla el perfil de densidad en potencias del cociente de estas cantidades. Se se identifican las propiedades microscópicas del sistema , las cuales son consistentes con trabajos previos.

Transición entre movimiento Browniano a movimiento sincronizado en un sistema de materia activa magnética en una pista circular

En un sistema compuesto por esferas magnéticas que se encuentra bajo un campo magnético alternante, las partículas toman energía del campo magnético y la transforman en energía cinética. Por lo que este sistema es un ejemplo de materia activa. Cuando las partículas están en una superficie abierta, su movimiento es similar al movimiento Browniano. Curiosamente, cuando las partículas están confinadas, el movimiento presenta cambios notables. En este trabajo, centramos nuestra atención en un sistema de unas pocas partículas en una pista circular cuasi-unidimensional. Determinamos el desplazamiento cuadrático medio en el sistema en diferentes casos con diferentes números de partículas. Para un número bajo de partículas, el movimiento está sincronizado, las partículas se mueven en una sola fila y en una sola dirección, a excepción de ocasionales cambios de dirección. Al aumentar el número de partículas hemos encontrado la existencia de una transición de fase dinámica entre el movimiento sincronizado y el movimiento browniano.

Estado base de un gas de bosones debilmente interactuante dentro de un cristal 1D con una vacancia

Para un gas de bosones interactuantes debilmente, dentro de un cristal unidimensional imperfecto, estudiamos el efecto de una vacancia sobre las propiedades del estado base del sistema. Para esto resolvemos la correspondiente ecuación Gross-Pitaevskii haciendo uso del método ''Gradient Flow with Discrete Normalization" también conocido como método de tiempo imaginario. El cristal unidimensional lo modelamos como un potencial Peine de Dirac actuando externamente sobre el gas y donde generamos una imperfección disminuyendo la intensidad de una delta hasta lograr una vacancia. Analizamos el comportamiento de la energía del estado base del gas de bosones interactuantes así como la distribución de las partículas dentro de una caja con condiciones de frontera periódicas. Notamos que conforme desaparecemos una delta disminuyendo su altura, el gap crece desde cero hasta un valor máximo cuando la delta ha desaparecido.

Análisis de materia activa utilizando microscopía dinámica diferencial

Utilizando la técnica de microscopía dinámica diferencial, realizamos el análisis de un sistema que simula la materia activa y obtuvimos sus propiedades dinámicas y estructurales. Probamos además que la microscopía de dinámica diferencial es un método sencillo y de alto rendimiento que puede ser utilizado para la caracterización de bacterias, microorganismos y materia activa en general. Se programa este modelo utilizando MATLAB.

Cámara de Germinación para Agave Mezcalero

El proyecto consiste en diseñar y elaborar un prototipo de cámara de germinación controlada por Arduino, así como encontrar las condiciones óptimas que garanticen un alto porcentaje de germinación de especies endémicas de agave mezcalero en la localidad de Plan de San Miguel, Caltepec, Puebla. La metodología que seguimos se dividió en dos partes, la primera tiene que ver con el proceso de germinación, partimos de las experiencias en el cultivo tradicional que han realizado la red de productores de agave de la localidad de Plan de San Miguel y de las reportadas en la literatura. La segunda parte se refiere al diseño y fabricación de un prototipo de cámara de germinación cuyo ambiente se va a controlar mediante una serie de sensores que serán monitoreados por la placa ArduinoUno. La finalidad es determinar, mediante el uso del modelo de experimentación de Análisis de varianza y la programación en Minitab los valores óptimos en la germinación de las especies Pulquero y Papalometl y su efecto de los parámetros físicos como: frecuencia de riego y temperatura que requerimos para el proceso de germinación.

Distribuciones de trabajo clásico y cuántico en sistemas unidimensionales

El propósito de la termodinámica clásica consiste en estudiar las propiedades de un sistema en equilibrio cuando éste es afectado por un intercambio de calor, trabajo y materia con sus alrededores, mientras no se considere la composición microscópica de la materia [1]. Por su parte, la mecánica estadística de equilibrio establece las bases para entender las leyes de la termodinámica desde un punto de vista microscópico. Sin embargo, por su naturaleza, los sistemas de tamaño pequeño, microscópicos y cuánticos se encuentran fuera de equilibrio debido a la inevitable presencia de fluctuaciones estocásticas inherentes. En las últimas décadas y en el contexto de la mecánica estadística fuera de equilibrio, el surgimiento de los Teoremas de Fluctuación ha permitido establecer resultados teóricos exactos que ofrecen información relevante respecto al intercambio de energía entre un sistema microscópico con sus alrededores bajo condiciones generales fuera de equilibrio [2]. Los teoremas de fluctuación han sido derivados para varias cantidades termodinámicas como son, el trabajo, calor, potencia, y producción de entropía, para los cuales los conceptos de la termodinámica estocástica clásica [3] o cuántica [4] son indispensables. Han sido utilizados para describir biomoléculas, qubits superconductores y problemas de control externo [5,6]. En este trabajo se estudia la distribución de trabajo desde el punto de vista clásico y cuántico para dos sistemas simples con un sólo grado de libertad: el oscilador armónico convencional y el cuártico sujetos a un parámetro de control adiabático (quench) [7]. El objetivo es sentar las bases que permitan el estudio de sistemas interactuantes o de mayor dimensionalidad.

Construcción, calibración y eficiencia de un motor de Stirling controlado por Arduino

Este trabajo consiste en construir con materiales de bajo costo un motor de Stirling el cual será monitoreado por Arduino uno. Para la fabricación y medida de la eficiencia del motor hemos seguido la metodología de la propuesta didáctica planteada por S. Rosa-Cintas y colaboradores$^1$. Esta propuesta nos resultó de interés ya que nos permite profundizar la primera ley de la termodinámica y sus aplicaciones en las máquinas térmicas$^2$, así como desarrollar habilidades de programación y montajes experimentales. Se discuten con especial atención las dificultades enfrentadas para reproducir el dispositivo y el impacto sobre el aprendizaje de los estudiantes del curso de Física experimental IV de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. $\\$ REFERENCIAS $\\$ 1 Savall Alemany, Francisco and Esparza-García, M and Álvarez-Herrero, Juan-Francisco and Rosa-Cintas, Sergio, Determinación del rendimiento de un motor de Stirling usando Arduino: una propuesta para la enseñanza de la termodinámica en los cursos introductorios, Revista Brasileira de Ensino de Física, Vol. 42 (2020). $\\$ 2 Calor y Termodinámica, 6ta Edición, Mark W. Zemansky, Richard H. Dittman, 1986

Reducción del tiempo de cristalización en un sistema de materia granular a través de un enfriamiento escalonado

Proponemos un método para reducir el tiempo de cristalización de un sistema bidimensional de partículas magnéticas colocadas sobre una superficie cóncava bajo un campo magnético oscilante. El campo dependiente del tiempo fluidiza las partículas y por medio de su amplitud se controla la temperatura efectiva. El sistema exhibe un comportamiento similar al de un gas cuando la temperatura efectiva es alta. A medida que la temperatura efectiva disminuye, la dinámica de las partículas se ralentiza hasta alcanzar detenerse completamente. Si el enfriamiento es lineal con una pequeña razón de enfriamiento, se logra un arreglo cristalino, cabe destacar que el enfriamiento se realizaba muy lentamente. En el presente trabajo, se muestran resultados que indican que el tiempo de cristalización se reduce mediante el uso de un perfil de enfriamiento escalonado. El perfil de enfriamiento esta compuesto por pasos grandes en los que disminuye el campo magnético y un ancho de paso donde la temperatura efectiva se mantiene constante. Encontramos que, para cada amplitud del paso, disminución del campo magnético, existe un ancho del paso mínimo para lograr la cristalización. Cada combinación está caracterizada por una razón de enfriamiento efectiva y asociado a esta, un tiempo de cristalización. Para el sistema, hemos determinado la combinación altura y ancho del paso que conduce a una cristalización en el menor tiempo posible.

Percolación como estrategia de control de fitopatógenos en milpas

En este trabajo proponemos combinar la teoría de percolación y la siembra alternada como una estrategia agroecológica que permita combatir la propagación de fitopatógenos en plantaciones. Las plantaciones son modeladas como una red cuadrada en cuyas celdas se siembran de forma alternada dos variedades de plantas, como en los sistemas tipo milpa. Usando la teoría de percolación se determinan las condiciones que evitan la formación del racimo percolante de plantas enfermas en función de las características de la interacción planta-patógeno y la densidad de sembrado. El principal resultado es la existencia de un diagrama de fase, el cual puede interpretarse como la densidad máxima de sembrado que garantiza que el patógeno no se propagará sobre gran parte de la plantación. En particular, existen pares de susceptibilidades que permiten sembrar completamente la plantación. Este trabajo busca promover la investigación en el control y manejo de plagas y enfermedades en plantaciones mediante la aplicación interdisciplinaria, para el desarrollo de recomendaciones que maximicen la producción a través de la agrodiversidad.

Crio-preservación de tejido sanguíneo mediante la transición vítrea

La transición vítrea ha sido un fenómeno ampliamente estudiado que aún presenta muchas áreas de oportunidad tanto de aplicación como a nivel teoría, este fenómeno físico no ha podido ser explicado mediante una sola teoría por lo que muchas áreas del conocimiento se han visto involucradas en el proceso. La vitrificación se logra mediante dos caminos: el sobreenfriamiento de un líquido y el enfriamiento de una mezcla acuosa sobresaturada. Esta última ha representado una importante aplicación dentro del estudio de la criopreservación de material biológico. En este trabajo se presenta una aplicación para criopreservar células sanguíneas. Este problema es de vital importancia para poder preservar diferentes células a partir de la sangre que puede obtenerse por donación.

Auto-ensamblado de partículas anisótropas sobre superficies esféricas

Con un nuevo modelo de potencial continuo anisótropo y utilizando simulaciones moleculares se estudia el auto-ensamblado de partículas anisótropas tipo Janus (PJ’s) sobre superficies esféricas. Las simulaciones moleculares ofrecen una mejor comprensión en el estudio, análisis y entendimiento de la formación de agregados estructurales en superficies curvas, además es posible tener un mejor control de los parámetros termodinámicos. Los resultados que se presentan se obtuvieron a diferentes temperaturas, densidades y así como también a distintas curvaturas (radio de la superficie esférica). Estudios ya reportados en la literatura hacen mención de la gran relevancia que tienen ciertos sistemas confinados a moverse sobre superficies curvas y además son de gran relevancia en la generación de nuevos materiales, en el estudio de defectos topológicos y en el encapsulamiento de fármacos, por mencionar algunos. Esos reportes solo se enfocan en el estudio de sistemas isótropos en materia activa, partículas simétricas, mezclas binarias, etc. Lo relevante en el presente trabajo es mostrar como las fuerzas atractivas y las fuerzas repulsivas afectan el autoensamblado de PJ’s; además como se ve afectado el proceso cinético del auto-ensamble donde la entropía juega un papel de no desorden, generalmente el autoensamblado se reserva para sistemas que se equilibran, para un mínimo de energía.

Impacto de la motilidad de las bacterias y su interacción con virus

Los bacteriofagos son virus que infectan bacterias y resultan ser las entidades biológicas que más se replican en el planeta. Estos virus ayudan a regular ecosistemas y participan en la distribución de nutrientes y control de la población bacteriana. Estos virus son abundantes en animales multicelulares, tan solo un humano puede albergar 10 trillones de bacteriofagos. Estos ayudan a regular la microbiota humana ya que atacan a bacterias patógenas, con lo cual juegan un papel importantísimo en la salud de las personas. Sin embargo, los estudios actuales in vitro no son consistentes en la reducción de bacterias tal como se observa in vivo. Este trabajo tiene como objetivo precisamente ayudar a entender la dinamica de interacción virus-bacteria mediante estudio in silico utilizando simulaciones mesoscópicas de particulas brownianas activas y de ésta manera dar luz al entendimiento de la reducción de bacterias patógenas por medio de bacteriofagos, haciendo enfasis al efecto de la motilidad de las bacterias. Este estudio puede generalizarse a la interacción de cualquier virus, por ejemplo el SARS-cov2 con otras celulas como las del tejido pulmonar.

Reordenamiento del transporte público de pasajeros, en la zona centro de la ciudad de Toluca

El propósito de este trabajo es analizar las implicaciones de los esquemas de regulación en el desempeño de un sistema de transporte público urbano de pasajeros con la finalidad de que el regulador disponga de elementos para definir qué esquema de regulación es más conveniente implementar. Para ello se utiliza una herramienta analítica (modelo resoluble) basada en la teoría de regulación que es aplicada al caso particular del sistema de transporte público urbano de la ciudad de Toluca (modelo alimentado). Esta herramienta permite incluir en el análisis los intereses de los actores económicos que intervienen en la prestación del servicio (usuarios, concesionario y regulador), medir el efecto de las medidas de regulación a partir de la variación de sus funciones de utilidad, conocer la conveniencia de implementación de cada esquema de regulación a través de una función de bienestar social y finalmente, estimar indicadores de desempeño del sistema tales como: eficiencia, costos, beneficio y oferta de unidades. Se caracterizan específicamente dos mecanismos de regulación: 1) contrato de mayor-costo en el cual no existen incentivos para la eficiencia, el riesgo de aumentos exógenos de costos es asumido por los usuarios y el regulador requiere de un alto grado de información sobre los costos de la empresa, la autoridad pública recibe el rédito comercial y paga el costo operacional total de la empresa otorgando una transferencia monetaria a la empresa y, 2) contrato de precio-fijo, que considera incentivos elevados para que la empresa sea eficiente en términos de costos de producción, todos los riesgos de incremento de costos son asumidos por la empresa mientras que el regulador requiere poca información en cuanto a los costos de producción de la empresa. Con estos mecanismos se busca orientar la conducta del concesionario con la finalidad de que reduzca sus costos de producción incitándolo a tener una empresa más eficiente.

Fluctuaciones de la energía en sistemas de osciladores armónicos dispuestos en redes

Se analizan las fluctuaciones de la energía en un sistema de osciladores armónicos acoplados, el acoplamiento está determinado por la matriz Laplaciana que introduce la estructura subyacente de acoplamiento, la cual modifica el espectro de frecuencias de modos colectivos que se obtiene cuando se consideran estructuras espaciales regulares (redes de Bravais). En este trabajo se consideran dos tipos de estructuras: redes de mundo pequeño y árboles de Cayley. En ambos casos la velocidad de grupo crece para los modos de vibración más grandes, en contraste con el caso de redes regulares en el que la velocidad tiende a cero para estos modos, esto tiene efectos importantes en las fluctuaciones de la energía para temperaturas bajas.

Fundamentación cinética del momento angular para un gas diluido relativista fuera del equilibrio

El interés por los gases relativistas ha ido incrementando en los últimos años debido a que existen nuevas herramientas para poder observar el espacio. En particular en este trabajo se establecerá la ecuación de Boltzmann para un gas en rotación diluido para el caso no-relativista y relativista. Finalmente se expresará la contribución del momento angular fuera del equilibrio, cuyo límite no relativista puede tener una aplicación en el estudio de fluidos no relativistas presentes en la Tierra.

Estudio sobre mecanismos de liberación de microcápsulas poliméricas fabricadas con dispositivos microfluídicos

Mostramos la técnica de fabricación de microcápsulas poliméricas a partir de emulsiones dobles como plantillas usando dispositivos microfluídicos a base de capilares de vidrio estirados. Los polímeros con los que son fabricadas las microcápsulas reaccionan a estímulos como cambios en el pH del medio, que provoca la liberación de su contenido. Un creciente número de evidencias de dichos mecanismos de liberación muestra que no siempre pueden ser representados por la ley de Fick y realizar predicciones cuantitativas de dichos mecanismos resulta complicado debido a la complejidad del sistema, por lo que es necesario elegir las condiciones matemáticas apropiadas que insinúen el fenómeno físico-químico correspondiente a los datos macroscópicos y el comportamiento incluso a nivel molecular. Con los resultados experimentales verificamos la validación de diferentes modelos y comparamos con pruebas numéricas.

Tratamiento de la ecuación de Boltzmann para un Universo en expansión desde el punto de vista cinético

La ecuación de Boltzmann es usada en diferentes áreas de la física. En este trabajo se establecerá la ecuación de Boltzmann relativista usada en cosmología pero desde un formalismo cinético. Se establecerán las ecuaciones de conservación fuera del equilibrio en la métrica de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker. Finalmente se compararán las ecuaciones usadas en cosmología y las posibles contribuciones que se tienen a primer orden en los gradientes.

Iones asimétricos en forma alrededor de un coloide esférico

Los fenómenos de la doble capa eléctrica conocidos como reversión de carga y sobrecargado son de gran interés en el área de física coloidal. Dada la carga acumulada $Q(r)$ hasta una distancia dada de una interface cargada (la carga de la interfase y la de los iones en la región), la reversión se identifica con el cambio de signo de $Q(r)$ con respecto a la carga nativa $Q_0$ de un coloide esférico, mientras que el sobrecargado corresponde al incremento de la magnitud de $Q(r)$ (es decir $Q(r)/Q_0>1)$, respectivamente. En el presente trabajo presentamos evidencia simulacional de la presencia simultánea de estos efectos de carga (con magnitudes muy altas) para coloides esféricos en presencia de iones no-esféricos. El electrolito que compone el sistema consta de iones esféricos y de iones esferocilíndricos. De manera particular, se estudiaron sistemas con iones divalentes. Asimismo, se investigaron sistemas donde la carga superficial del coloide varía en el rango de $0.1\,C/m^2$ hasta $0.4\,C/m^2$, con tamaños de macropartícula de $20$ y $40$ Å. Para la obtención de los presentes resultados, se realizaron simulaciones de Monte Carlo en el ensamble $NVT$, en el cual se utiliza un algoritmo especial para el traslape de los iones esferocilíndricos. Las configuraciones generadas vía simulación se procesaron para obtener la estructura iónica en términos de las funciones de distribución radial. Además, se calcularon los perfiles locales de carga para analizar el efecto de la morfología iónica en la doble capa, en la carga integrada y, también, para identificar el sobrecargado y la reversión de carga.

Red de Hopfield finita para modelar el proceso de adsorción física

Se utiliza una red neuronal de Hopfield para simular y estudiar el proceso de adsorción de moléculas en una superficie. La adsorción física es el fenómeno donde las moléculas de un gas se mueven dentro de un recipiente de volumen V y chocan contra las paredes, adhiriéndose a ellas. Nuestra atención se centra en la superficie S, que contiene sitios de adsorción. Aprovechando la experiencia adquirida en trabajos anteriores sobre la modelación del proceso de oxigenación de la hemoglobina por medio de este tipo de redes, se opta por utilizar un modelo que toma la analogía que existe entre ferromagnetismo, redes de Hopfield y sitios de adsorción en la superficie. Se obtienen gráficas de la tasa de adsorción respecto a la presión parcial de moléculas en el gas. Se comparan satisfactoriamente los resultados que se obtienen con algunas curvas de adsorción que se muestra en la literatura científica.

Simulaciones moleculares con potenciales continuos de modelos moleculares discontinuos

En el presente trabajo mostramos resultados obtenidos con potenciales continuos para sistemas moleculares discontinuos en 2D y 3D por medio de las simulaciones por computadora. Los potenciales utilizados fueron el de Jagla y el trapezoidal (suma de pozo cuadrado y pozo triangular) dependientes de un parámetro de alcance ( lambda). Para 2D y 3D en el sistema trapezoidal se realizó el estudio de cinco sistemas variando lambda (1.0, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0) y obteniendo sus propiedades críticas y la contribución de la rampa atractiva como función del alcance, además en 2D se observó que la conformación estructural depende significativamente del alcance, ya que para valores de (1.0, 1.25) el sistema tiende a cristalizar de forma hexagonal y para (1.5, 1.75, 2.0) el sistema muestra dos tipos de cristalización. Para el sistema con interacciones tipo Jagla en 2D y 3D se realizó el estudio de cuatro sistemas distintos en los cuales se cambió el parámetro energético ( epsilon). En 3D para valores altos de la rampa repulsiva (1.0, 0.5) en el diagrama de temperatura vs densidad nos muestra dos curvas, una líquido-vapor y otra a densidades mayores donde coexisten líquido-líquido. A valores con menor rampa repulsiva de (0, 0.5) solo encuentra la curva líquido-vapor.

Funciones de memoria en sistemas coloidales

El potencial de interacción entre partículas en una suspensión coloidal en equilibrio termodinámico define su estructura promedio de manera unívoca. Sin embargo, sus propiedades dinámicas también dependerán de las interacciones hidrodinámicas y de las funciones de memoria. Las interacciones hidrodinámicas son extremadamente complejas de tratar, pero la física detrás de ellas es bien entendida. Las funciones de memoria, por otro lado, representan un reto abierto, incluso a nivel conceptual. Se sabe que dependen de la interacción entre partículas, de las interacciones hidrodinámicas y de las variables de estado del sistema, pero no está claro de qué forma lo hacen. Es en este contexto que presentamos cálculos de la función intermedia de dispersión de suspensiones coloidales de partículas duras por medio de simulaciones de dinámica browniana sin interacciones hidrodinámicas. A estas funciones las utilizamos para invertir su ecuación de evolución, obtener las funciones de memoria correspondientes y averiguar la forma en que estas últimas dependen de la concentración del sistema.

Modelo Extendido de consumo para el transporte de oxígeno corneal

En el problema del trasporte de oxígeno en la córnea se han propuesto los modelos de Monod y Larrea para representar el consumo y la dinámica del gas a través de la membrana biológica. En este trabajo se propone el modelo Extendido de consumo basado en la Ley de Henry, y se comparan los resultados obtenidos al emplear los tres modelos mencionados. Se estudian los sistemas unidimensional y bidimensional, resolviendo primero el caso estacionario y posteriormente el transitorio, obteniendo conclusiones de la predicciones de consumo para todos los modelos. Agradecemos a los proyectos UNAM-DGAPA-PAPIIT IN114721, LANCAD-UNAM-DGTIC-276, LANCAD-UNAM-DGTIC-385 y a Luis Alberto Aguilar Bautista, Alejandro de León Cuevas y Alejandro Ávalos del LAVIS-UNAM.

Second Memory and Shear Viscosity in Havriliak-Negami Model

The existence of a maximum in the imaginary part of the second-order memory function is related to the complex rotational-shear viscosity of the material. In this work it is presented the determination of the Havriliak-Negami second-order memory from fractional calculus for different materials, and a physical interpretation in terms of the rotational viscosity. We thank the projects UNAM-DGAPA-PAPIIT IN114721, LANCAD-UNAM-DGTIC-276, LANCAD-UNAM-DGTIC-385, and Beatriz Marcela Millán Malo from CFATA-UNAM, and Luis Alberto Aguilar Bautista, Alejandro de León Cuevas y Alejandro Ávalos from LAVIS-UNAM.

Eficiencia de un ciclo Stirling Browniano a máxima potencia

A lo largo de este trabajo se aborda el estudio del desempeño de una máquina térmica estocástica en el régimen de máxima potencia. El sistema que se modela en este trabajo consta de una PB en un arreglo de pinzas ópticas, describiendo un proceso cíclico a escala mesoscópica. Siguiendo el esquema planteado por la Energética Estocástica, durante este ciclo se identifican dos escenarios particulares, el primero en el que la partícula efectúa un trabajo como consecuencia de la manipulación externa del sistema óptico. La PB se encuentra en contacto con dos baños térmicos y su dinámica se rige por una ecuación de Langevin en el régimen sobreamortiguado con un potencial tipo armónico, describiendo un proceso análogo al ciclo Stirling. A partir de la estrategia original de Langevin se obtuvo una ecuación de carácter determinista para el valor cuadrático promedio. En este proceso aparecen estados estacionarios caracterizados por expresiones similares a la ecuación de estado termodinámico asociadas a este ciclo tipo Stirling. Finalmente, aplicando el modelo de baja disipación característico de máquinas térmicas, se obtiene la eficiencia del ciclo a máxima potencia.

Termodinámica estadística de mezclas de fluidos

En el presente trabajo se estudia el equilibrio líquido-vapor de fluidos puros del tipo cadena y asociantes empleando la teoría estadística de fluidos asociantes de alcance variable (por sus siglas en inglés SAFT-VR) [1]. Se realizaron cálculos del equilibrio líquido-vapor, presión de vapor, densidad y energía interna. Los resultados fueron comparados con datos de simulación Monte Carlo encontrando una excelente concordancia entre la teoría y la simulación. Se muestran resultados del cálculo de propiedades termodinámicas de fluidos reales y sus respectivas comparaciones entre la teoría y datos de experimentales tomados de la literatura. Se estudiaron fluidos reales como: $n$-alcanos, alcoholes y agua. En todos los casos se encontraron concordancias satisfactorias entre la teoría y los datos experimentales. Adicionalmente, se estudiaron mezclas binarias de fluidos cadena y asociantes empleando la teoría SAFT-VR. Se realizaron cálculos para predecir la coexistencia de fases líquido-vapor de mezclas de fluidos y se obtuvieron las líneas críticas de todos los sistemas estudiados. Finalmente, se analizaron mezclas binarias reales como dióxido de carbono + $n$-alcanos y butano + $n$-alcanos, empleando la teoría de SAFT-VR. En el caso de la mezcla de dióxido de carbono + etano, se analizó el comportamiento azeotrópico que exhibe el sistema. Los parámetros moleculares de los fluidos puros como el dióxido de carbono y $n$-alcanos se obtuvieron de ajustar los parámetros de la teoría SAFT-VR con datos experimentales de la presión de vapor y de la densidad de líquido saturado. En todos los casos se obtuvo una comparación satisfactoria entre la teoría y datos experimentales para cada una de las mezclas binarias de interés.

Teoría estadística de fluidos asociantes para moléculas cadena formadas por segmentos tipo mie

En este trabajo se presenta una ecuación de estado (EOS) para la predicción de propiedades termodinámicas de fluidos puros. Se muestra la teoría estadística de fluidos asociantes (por sus siglas en inglés, SAFT) para potenciales de alcance variable (SAFT-VR) caracterizado por un potencial del tipo Mie (es decir, una forma generalizada de potencial de interacción Lennard-Jones). Se realizan comparaciones entre las tres diferentes versiones de SAFT-VR Mie propuestas en la literatura: Gil-Villegas et al., Davies et al. y Lafitte et al. En todos los casos se muestran estudios comparativos en la predicción del equilibrio de fases y cálculos de presión-densidad en la región subcrítica, crítica y supercrítica comparando con datos de simulación molecular en el ensamble de Gibbs. El enfoque SAFT-VR Mie propuesto por Lafitte et al., muestra una gran precisión en la región crítica esto gracias al tercer término de perturbación en la energía libre de Helmholtz que corrige el comportamiento de la ecuación en las cercanías del punto crítico. Adicionalmente, para el caso de sistemas cadena se obtiene una mejor precisión para cadenas monoméricas muy largas esto es debido al modelo propuesto que tiene en cuenta una función de distribución radial (FDR) a segundo orden. Se hacen predicciones de propiedades termodinámicas de segundo orden para fluidos reales como: n-alcanos, gases nobles y agua. Finalmente se realizarón cálculos de propiedades termodinámicas de fluidos puros como capacidad calorífica, entalpia de vaporización y velocidad del sonido empleando la teoría SAFT-VR Mie. En todos los casos se obtuvo una comparación satisfactoria entre la teoría, simulación y datos experimentales para cada uno de los fluidos de interés.

Termodinámica estadística de fluidos esferocilíndricos con momentos dipolares y cuadrupolares

En la primera parte de este trabajo se reproducen los datos de simulación molecular reportados en la bibliografía para fluidos atómicos del tipo Lennard-Jones multipolares [1,2], mediante simulación Monte Carlo en el ensamble de Gibbs. Estos datos de simulación fueron comparados con la teoría de perturbaciones para potenciales discretos multipolares (por sus siglas en inglés DPT [3–4]). Posteriormente, se estudiaron mediante esta misma técnica de simulación un modelo de fluido molecular caracterizado por un potencial tipo Kihara más interacciones multipolares del tipo dipolo-dipolo, cuadrupolo-cuadrupolo y dipolo-cuadrupolo. Para estos fluidos moleculares se observa un aumento en la temperatura y presión crítica a medida que aumenta la contribución multipolar. Estos datos de simulación se emplearon para revisar la aplicabilidad de la teoría de perturbaciones discreta molecular [5] en sistemas esferocilíndricos donde los términos multipolares son relevantes. Esta teoría DPT molecular presenta expresiones analíticas de la energía libre de Helmholtz para un potencial intermolecular discreto en función de la densidad, la temperatura y los parámetros intermoleculares, incorporando los efectos de la geometría ası́ como su dependencia multipolar. Finalmente, se realizaron cálculos teóricos y de simulación de la coexistencia líquido-vapor (densidades de coexistencia y presión de saturación) y energía interna a diferentes valores de momentos multipolares y elongaciones moleculares correspondientes a valores típicos de moléculas reales tales como: 1,1,1-trifluoroetano, dióxido de carbono y 2,2,2-trifluoroetanol. [1] B. Garzón, C. V. S. Lago, L. F. Rull J. Chem. Phys., 102, 7204, 1995. [2] B. Garzón, S. Lago, C. Vega, E. de Miguel, L. F. Rull J. Chem. Phys., 101, 4166, 1995. [3] A. Benavides, Y. Guevara, F. del Rio, Phys. A, 202, 420, 1994. [4] A. Benavides, Y. Guevara, A. E-Alexanders, J. Chem. Therm., 32, 945, 2000. [5] F. Gámez, J. Chem. Phys. 140, 234504, 2014.

Fatty acid vesicles could have acted as optical cavities to increase UVC photon dissipation in DNA and RNA at the origin of life

An interesting question is how and why precursors to the first cells arose on the surface of Earth at the origin of life. Empirical evidence suggests that the most likely early structures were self-assembled vesicles, formed by amphiphilic molecules such as fatty acids. Most theories assign a confinement or compartmental function to the vesicles at origin of life, emphasizing a resulting enhancement of chemical reactivity within the confined volume. However, according to the “Thermodynamic Dissipation Theory of the Origin and Evolution of Life (TDTOEL)” life’s origin, evolution and complexification are examples of non-equilibrium thermodynamic dissipative structuring under the UVC solar photon potential arriving at Earth’s surface during the Archean. In the present work we extend the photon dissipative perspective to the study of prebiotic vesicles by simulating their effect on the optical properties of DNA and RNA. We model the vesicles at the ocean surface as a multilayered planar media compose of an incident layer of air followed by a 5 nm vesicle wall layer of fatty acids, a layer varying from 10 to 10000 nm of DNA in aqueous solution, followed by a second 5 nm wall layer, and a final layer of pure water. We calculate absorbance, reflectance, and transmittance in this model as a function of wavelength and width of the optical cavity using the matrix transfer method with incident UVC light ranging from 196 to 310 nm. We conclude that the optical cavity formed by the fatty acid layers would increase the DNA photon absorption as long as the optical cavity width was greater than about 70 nm, providing a state of greater photon dissipation for the DNA-vesicle complex. Finally, we discuss the implications of our results to the origin of cells from the perspective of photon dissipation.

Análisis de una gota fluida dipolar de esferas duras

Se describe el comportamiento de un fluido dipolar de esferas duras que se encuentra formando una interfaz esférica. Se obtiene la ecuación de balance de fuerzas la cual indica la existencia de un tesoro de esfuerzos. Se obtienen las componentes del tensor de esfuerzos considerando un desarrollo del perfil de densidad en términos de los polinomios de Legendre. Se calcula la expresión microscópica de la energía libre, la cual se compara con un modelo fenomenológico correspondiente para identificar las propiedades interfaciales. Los resultados se comparan con los existentes en la literatura encontrando equivalencia en la tensión superficial y la longitud de Tolman.

A 1D model for the laser-induced ultrasound generated by multilayer samples as a proposal for the internal defect detection

When thermal and stress confinement conditions are satisfied, the generation and propagation of laser-induced ultrasound (LIU) is governed by an inhomogeneous wave equation for pressure. In this work a 1D-Cauchy boundary value problem, for the inhomogeneous wave equation, is solved in the frequency domain considering a laser pulse with finite time-width. The source term in the inhomogeneous wave equation is proportional to the optical energy of the laser pulses absorbed by the samples. It is assumed that the laser pulses have a Gaussian temporal profile. For a four layers system, we found that the backward laser-induced ultrasound amplitude has two resonant frequencies, strongly determined by the second and third layer. These results were compared with the backward amplitudes of a three layers system.

Modeling of NaCl solution at high temperatures using MSA and BIMSA theories

In the framework of the primitive model where the solvent in a solution is modeled as a continuum, the MSA (mean spherical approximation) and BIMSA (binding mean spherical approximation) theories were used for a description of  activity and osmotic coefficients of electrolytes at high temperatures. Solvation effects and variation of the permittivity are included in the model. Parameters are adjusted by comparison with experimental data. In addition, the BIMSA theory allows one to consider the formation of ion pairs. These two theories were compared by applying them to NaCl aqueous solutions in a temperature range from 25 to 300 °C and concentrations from 0.1 to 5 molal.

Modelado de la Distribución de la Riqueza usando Mecánica Estadística

La econofísica es un nuevo campo de estudio donde se emplean los modelos desarrollados por la física a cuestiones económicas, con el fin de abordar desde una perspectiva diferente los temas manejados en economía. Este trabajo tiene como propósito reproducir computacionalmente y proponer nuevas variables a los modelos econofísicos desarrollados hasta la fecha, redefiniendo el concepto de riqueza y dotando a un banco central con la capacidad de tomar decisiones en la política monetaria sobre la liquidez del dinero circundante, así como las tasas de interés. Finalmente, el modelo se basará en distancias de interacción entre diferentes agentes donde el rango de contacto se hará con base en el nivel de riqueza del agente.

Movimiento de intrusos activos en un sistema granular sometido a vibración y deformaciones mecánicas

Se estudia el movimiento de intrusos magnéticos activos en un sistema granular cuasi bidimensional. El sistema está formado por partículas esféricas de igual tamaño contenidas en una caja rectangular con fondo plano. La vibración proporciona una temperatura efectiva y permite a las partículas explorar configuraciones de menor energía a una temperatura dada. Se obtuvieron las trayectorias de los intrusos y con base en ellas describe su dinámica bajo diferentes condiciones de frecuencia y amplitud a la que se expone el sistema granular. Se determinaron los parámetros de orden orientacional de las partículas en el sistema granular. En particular, se hace énfasis en los cambios estructurales de las partículas cercanas a los intrusos mientras avanzan en el interior del sistema. Se observa que la difusión de los intrusos aumenta al aumentar la frecuencia de vibración del sistema granular. Localmente alrededor de los intrusos se observa un mayor desorden de las partículas del sistema granular. También se observa una notable influencia de la forma de los intrusos en la movilidad a través del medio granular.

Movimiento de gotas micrométricas generadas y sostenidas en una interfaz líquido-líquido

El estudio de la dinámica de partículas en sistemas que experimentan procesos fuera de equilibrio térmico es un tema de gran interés actual, porque se usa para comprender las propiedades de dichos sistemas. En sistemas en equilibrio térmico de existir alguna desviación de la difusión normal, se explica en términos de las propiedades del sistema por ejemplo, el movimiento de especies coloidales cerca de una pared. Mientras que, los ejemplos de difusión anómala reportados en la literatura vienen de sistemas en ambientes complejos tales como, turbulentos o inhomogéneos. En este trabajo se presenta la descripción del movimiento de gotas micrométricas generadas por emulsificación espontánea en una interfaz agua-aceite como modelo de sistema fuera de equilibrio donde las desviaciones del comportamiento de la difusión normal se pueden atribuir a características del sistema, lo que permite aplicar un análisis similar al que se realiza en equilibrio, haciendo las consideraciones pertinentes. La interfaz está formada por un menisco convexo entre agua+glicerol (en la parte superior) y dodecano+Span 80 (en la parte inferior). Considerando que el menisco forma parte de una superficie esférica y dada la dimensión de la celda, hacemos la aproximación de que la región analizada es plana. Utilizando un microscopio invertido, se observó que las gotas aumentan su tamaño como función del tiempo y se desplazan desde la parte superior del menisco hacia la parte más baja, donde forman una estructura cristalina. A pesar de la complejidad del fenómeno, el proceso se reproduce cualitativamente bien. A saber, el movimiento de las gotas sobre la interfaz para regiones alejadas al menos cinco diámetros del borde de la estructura cristalina, se puede describir como una combinación de una velocidad de deriva ocasionada tal vez no solo por la influencia de la gravedad sobre las gotas, sino sobre la interfaz misma y un movimiento browniano producido por las fluctuaciones térmicas del sistema.

Mesoscopic modeling of viral suspensions

The 2019-nCoV or COVID-19 pandemic generated by the coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which causes the so-called Severe Acute Respiratory Syndrome, has been responsible for approximately 7,000 deaths in 150 countries. According to numerous and recent investigations, the most effective route for the spread of Covid-19 is due to the airborne transmission of the virus through secretions. Thus, this work aims to study and understand the diffusion of a virus model depending on the host environment in which it is suspended. By using the numerical mesoscopic technique called Dissipative Particle Dynamics we have studied the dynamical transport of a virus model immersed in an explicit solvent. This type of approach allows us to include the hydrodynamic effects in the diffusive properties of the virus and, therefore, helps us to understand the relevance of those effects with the degree of spread of the virus.

Estudio de grupos de partículas brownianas activas

En el presente trabajo se realiza el estudio del comportamiento de un grupo de partículas dipolares activas y no activas con un potencial de esfera suave, en un campo externo. Se procede a resolver las ecuaciones de movimiento para este sistema, utilizando Dinámica Browniana. El estado final del sistema tiene una estructura muy diferente de la inicial debida a la autopropulsión. Observamos una trayectoria helicoidal, debida a la torca ejercida por el campo aplicado al sistema.