Estudio básico y aplicado de polímeros elastómeros mediante la Técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN)

Los polímeros son materiales que poseen una variedad muy grande de aplicaciones. Por esta razón, el estudio de sus propiedades físicas y químicas resulta de gran interés. Un polímero es una macromolécula cuyo peso molecular puede llegar a varios millones de umas. Mediante la selección de el o los monómeros y de su secuenciamiento en el proceso de polimerización (microestructura del polímero), se puede lograr que el material tenga propiedades predeterminadas. Es posible, entonces, encontrar o desarrollar polímeros para las más variadas aplicaciones: elásticos, rígidos, resistentes a la temperatura, conductores, aisladores, inertes, etc. (...) La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) de alta resolución es una de las técnicas más poderosas para la caracterización de los polímeros, brindando información sobre la microestructura y la dinámica de estas macromoléculas, tanto cuando se encuentran en estado sólido como cuando están disueltas en soluciones líquidas. El entendimiento de la microestructura de un polímero es de interés porque ella está íntimamente relacionada con las propiedades macroscópicas del material. Por otra parte, la microestructura de un polímero depende del proceso de polimerización utilizado y en consecuencia, es posible obtener información sobre los mecanismos de reacción química que ocurren durante su síntesis, dentro de los reactores de polimerización. NMR permite, también, obtener información detallada sobre la dinámica de los polímeros. La gran longitud de los polímeros hace que su dinámica molecular sea sumamente compleja. Sin embargo, mediante el empleo de secuencias de pulsos particulares y mediciones de los tiempos de relajación característicos de los espines nucleares, se obtiene información sobre la dinámica de la macromolécula, de los segmentos que la componen y de los grupos colgantes que pueda poseer. Objetivos Generales y Específicos El trabajo a realizar en el período correspondiente al subsidio solicitado, es la continuación de las investigaciones comenzadas en septiembre de 1995. Se avanzará en el entendimiento de los elastómeros que se están estudiando actualmente. El estudio abarca los elastómeros sin tratamientos térmicos y con tratamientos térmicos (vulcanizados).

Geometría de variedades localmente homogéneas

Dado un espacio homogéneo G/K con descomposición g=k + p, de su álgebra de Lie, una estructura en p invariante por Ad k, produce una estructura en G/K tal que los elementos de G son automorfismo. Si L es un subgrupo discreto de G, la variedad L/G/K es localmente homogénea y hereda la estructura de G/K. Los temas de investigación propuestos en geometría de variedades localmente homogéneas son: 1- Grupos de tipo H y extensiones solubles. 2- Nilvariedades homogéneas de dim 3 y 4. 3- Estructuras hipercomplejas en nilvariedades de dim 8. 4- Estructuras hermitianas en espacios simétricos. 5- Variedades compactas flat con holon Zsub2 m's Zsub2. 6- Construcción de variedades de HW generalizadas. 7- Variedades planas hiperkahlerianas.

Modelos exponenciales con dispersión y ajuste de modelos lineales generalizados con extravariación

El presente proyecto consta de dos partes. 1. Modelos exponenciales con dispersión. 2. Ajuste de modelos lineales generalizados para datos de conteo con superdispersión. (...) Objetivos generales y específicos: El estudio de los modelos exponenciales con dispersión conduce a desarrollar y perfeccionar métodos de estimación y de inferencia tanto desde el punto de vista teórico como numérico. (...) i) Presentar, sin sin usar el teorema de Mora, resultados sobre la convergencia de modelos exponenciales con dispersión infinitamente divisibles. ii) Proponer una metodología apropiada para el análisis estadístico de variables aleatorias discretas enteras en función de posibles modelos adoptados para su explicación. Construcción de los algoritmos necesarios para la estimación de los parámetros especificados en el modelo adoptado y presentación de las macros correspondientes para su implementación.

Formas automorfas

El proyecto consta de varios temas interrelacionados, siendo el área general, la teoría espectral del Laplaciano en variedades localmente simétricas y sus aplicaciones. Cada tema consta de varios subproyectos. * Distribución de sumas de Kloosterman, funciones de zeta. * Transformada T (y/psi) para grupos de rango 1. * M- invariantes en las álgebras simétrica y universal. * Series de Poincaré generalizadas. * Variedades compactas planas isospectrales. * Construcción de variedades de Hsntzsche-Wendt generalizadas. * Estructuras de Clifford de variedades localmente homogeneas. * Distribución de puntos reticulares en esp. Simétricos de curvatura no positiva. * Resolvente del laplaciano y sus residuos en espacios localmente simétricos de curvatura no positiva.

Holonomia, geometría homogénea, dinámica topológica y rango de variedades riemannianas

Se estudiará la geometría de subvariedades haciendo hincapié en los grupos de holonomia de la conexión normal, herramienta que ha sido muy útil para atacar diversos problemas clásicos. Se estudiarán los siguientes problemas concretos: a) Resolver la conjetura de que toda subvariedad homogénea irreducible y substancial de la esfera cuyo grupo de holonomia normal no actúa transitivamente en la esfera es una órbita de la representación isotrópica de un espacio simétrico simple. b) ¿Existe alguna relación entre la noción de rango para espacios de curvatura no positiva y la noción de rango de una subvariedad? Respecto al rango de las variedades riemannianas se intenta probar un teorema general de descomposición para variedades riemannianas tal que toda geodésica esté contenida en un flat compacto. (...) Intentará generalizar los siguientes teoremas, válidos para flujos, a extensiones entre flujos, usando el concepto de semigrupo envolvente de una extensión. 1. X métrico y los elementos de E(X) son continuos, entonces E(X) es métrico. 2. Si se agrega la hipótesis de minimal, entonces X es equicontinuo. 3. X minimal, los elementos de E(X) de continuos y T contable entonces es equicontinuo. 4. X minimal y E(X) conmutativo entonces X es equicontinuo. 5. X distal y los elementos de E(X) son continuos, entonces X es equicontinuo.

Métodos de mecánica estadística en materia condensada

El proyecto de investigación propuesto tiene como principal objetivo profundizar en el estudio de la Mecánica Estadística y su aplicación a la resolución de problemas en esta área. Los temas de interés son los siguientes: 1. Estudio de la influencia del desorden en las propiedades dinámicas y termodinámicas de sistemas clásicos y cuánticos. 2. Reacciones controladas por difusión; influencia de campos externos aplicados. 3. Estudio de la influencia de la autocorrelación temporal finita sobre un sistema excitado por un ruido (ruido coloreado). 4. Resonancia Estocástica analizada a través de la función de Estructura Dinámica. 5. Estudio de procesos de quimiorrecepción de sistemas biológicos. 6. Cálculo del operador de evolución temporal para sistemas con Hamiltonianos dependientes del tiempo (Fase de Berry). 7. Influencia del desorden en la estadística del tiempo del primer pasaje en sistemas finitos. 8. Estudio del modelo de "Tight Binding" con desorden estático. Objetivos específicos * Se continuará con el estudio de la evolución temporal para sistemas Hamiltonianos dependientes del tiempo (Fase de Berry). * Se estudiará de las propiedades termodinámicas de sistemas Hamiltonianos clásicos y cuánticos con desorden estático. * Se estudiará la probabilidad de supervivencia y los momentos de desplazamientos para partículas que difunden en un sistema unidimensional con trampas estáticas. En particular se tratará el caso de campo fuerte, extendiendo los resultados ya obtenidos en el caso de campo débil; se analizará la conexión con la estadística del tiempo del primer pasaje. * Se continuará con el estudio analítico de los exponentes críticos para Modelos de la Mayoría. (...) * Se realizará un estudio detallado de las propiedades de la función de estructura dinámica asociada con el movimiento uni-dimensional de partículas sometidas a potenciales anarmónicos con múltiples pozos y fricción débil. Se estudiará el fenómeno de resonancia estocástica a través de la función de estructura dinámica. * Se estudiará la estadística del tiempo del primer pasaje en sistemas finitos homogéneos y desordenados con diversas condiciones de entorno.

Estudios en Mecánica Estadística y Mecánica Cuántica

Objetivos generales y específicos: * "Large Deviations" no-comutativas. (...) * Propiedades (sobre todo extremales) de la entropía relativa. (...) * Estados fundamentales de sistemas (de spins) cuánticos. (...) Pero se espera sobre todo concentrar esfuerzos en los siguientes dos proyectos: 1. Termodinámica de equilibrio para modelos con desorden. Se pretende continuar con los estudios acerca de los aspectos termodinámicos y dinámicos de modelos importantes en el ámbito de los sistemas desordenados. (...) El principal interés concierne a la mecánica estadística de sistemas de spines cuyas constantes de interacción tienen componentes aleatorias. Estos modelos están relacionados con los modelos conocidos como vidrios de spin y el principal objetivo consiste en obtener información acerca de los diagramas de fases. (...) 2. Efectos no-adiabáticos en dinámica molecular. El proyecto tiene como objetivo general el estudio de aspectos conceptuales y computacionales de la dinámica de sistemas que involucran dos tipos de grados de libertad asociados usualmente con masas muy diferentes. Tal es el caso de los sistemas moleculares en los cuales las masas nucleares y electrónicas difieren en tres órdenes de magnitud. La investigación se centrará en situaciones en que falla la hipótesis (usual) de adiabaticidad. (...) Se estudiarán en un principio las bases matemáticas y conceptuales de los algoritmos de cálculo numérico conocido como "surface hopping methods". (...) Se reexaminará la base teórica de los métodos actuales para el estudio de fenómenos no adiabáticos. Se intentará el desarrollo de nuevos algoritmos de cálculo basados en las expansiones asintóticas de Hagedorn.

Aplicaciones de la teoría de PDE a la relatividad general

Este plan de trabajo contempla diversas aplicaciones de la teoría de las Ecuaciones en Derivadas Parciales en el contexto de la Relatividad General. (...) Estas aplicaciones tiene como una de las intenciones últimas la de ser empleadas en simulaciones numéricas. Entre ellas destacamos las siguientes: * Fluidos viscosos relativistas y sus límites parabólicos. * Modelado numérico de las ecuaciones del primer punto. * Existencia global de sistemas disipativos. * Teoremas no-hair cosmológicos. * Límite Newtoniano de la relatividad general, resultados rigurosos. * Condiciones de contorno para las ecuaciones de Einstein.

Interacción de la radiación con la materia: Aplicación a la caracterización de materiales

Las tareas de investigación involucran tres subproyectos interdependientes: A. Caracterización de muestras extensas. B. Caracterización de muestras delgadas y multiminares. C. Caracterización de partículas y aplicación a la contaminación ambiental. Se prevé utilizar la técnica de Monte Carlo para predecir espectros de FRX con sistema dispersivo en energías. Este mismo método será utilizado para describir la distribución angular de los electrones retrodifundidos para incidencia normal y no normal, y también para mejorar la descripción de la función distribución de ionizaciones f(pz) utilizando secciones eficaces realistas. Paralelamente, se desarrollarán modelos de los parámetros fo, go y h que determinan la función distribución de ionizaciones f(pz). Del mismo modo, se estudiará la caracterización de muestras delgadas y estratificadas. Para ello se realizarán simulaciones Monte Carlo utilizando los resultados previstos en el párrafo anterior y se harán determinaciones experimentales con la microsonda electrónica de sistemas multilaminares simples y multicomponentes. Se extenderán las aplicaciones del programa MULTI desarrollado en nuestro grupo para cuantificación de muestras extensas, láminas delgadas y partículas. En este sentido se implementará un algoritmo para cuantificar muestras con picos no detectables, se evaluarán los errores en las concentraciones calculadas y se incluirá el reforzamiento por fluorescencia con las líneas K beta. Por otro lado, se implementará de un método de procesamiento de datos para el análisis de partículas en EPMA y su aplicación al estudio de la contaminación ambiental mediante el procesamiento de imágenes para la caracterización morfológica y química de partículas en suspensión, análisis de clusters. El objetivo final es la identificación y caracterización de fuentes de contaminación. Esta tarea será complementada con análisis global de la composición química en muestras de materia particulada mediante FRX, y el estudio de sus parámetros físicos mediante el método de simulación Monte Carlo. Se mejorará la estructura experimental de nuestro laboratorio poniendo en funcionamiento un microscopio electrónico Cambridge Stereoscan cedido por la Universidad de Barcelona conjuntamente con la capacidad analítica que ha sido adquirida para extender sus posibilidades de aplicación, y se instalará un equipo de FRX desarrollado en nuestro grupo con accesorios recientemente adquiridos. El desarrollo y solución de los problemas propuestos permitirá mejorar la formación integral de estudiantes en distintas etapas de su carrera de doctorado y recientemente doctorados, ya que presentan además de un aspecto básico, uno aplicado, pues tienden a la solución de situaciones concretas de interés biológico, ambiental y tecnológico.

Análisis no conmutativo y ecuaciones diferenciales

Se continuará desarrollando líneas de trabajo en análisis armónico no conmutativo. El problema a considerar consiste en obtener, sobre el grupo de Heisenberg, la descomposición espectral simultánea en el estudio de las funciones de cuadrado integrable, correspondientes a cierto operador diferencial de segundo orden y cierto operador de orden 1. Asimismo se continuará con el desarrollo en el área de ecuaciones diferenciales parabólicas con coeficientes periódicos en el tiempo (...) consistentes en : a) Problemas de autovalores con función de peso y valores en la frontera: en este caso se pretende mejorar resultados obtenidos sobre condiciones sobre el peso para existencia, unicidad de autofunciones positivas periódicas así como estudiar la dependencia de autovalore en términos del peso. b) Estudir el análogo parabólico periódico del espectro de Fusik elíptico, de interés por sus posibles aplicaciones a resultados de existencia y no existencia de soluciones de problemas no lineales. (...)

K-invariantes en el algebra universal de un grupo de Lie semisimple

Tarea (A):(...) Trataremos de extender a Sp(n,1) los resultados conseguidos sobre la imagen del homomorfismo de Lepowsky cuando G es SO(n,1) ó SU(n,1). (...) Tarea (B): (...) Para todo grupo de Lie de rango uno, con rango (G) = rango (K), los elementos del álgebra B son W-invariantes y que este resultado ya ha sido establecido para los grupos SO(2n,1) y SU(n,1); durante el período correspondiente a este subsidio esperamos extender este resultado a todo grupo de Lie de rango uno con rango (G) = rango (K). Tarea (C): Durante este período esperamos también avanzar en la determinación del dual unitario del grupo Spin (2n,C).

Modelos matemáticos en flujos atmosféricos

El movimiento de grandes masas de aire en la atmósfera en las latitudes medias, está controlado principalmente por el llamado balance geostrófico. Este es un balance entre la fuerza de Coriolis y el gradiente de presión matemáticamente análogo al balance hidrostático que da lugar a las ecuaciones de Saint Venant en el estudio de ondas de gravedad en aguas poco profundas. La utilización de este balance como primer término en la expansión asintótica sistemática de las ecuaciones de movimiento, da lugar a una evolución temporal que está controlada por las llamadas ecuaciones cuasi-geostróficas. La dinámica regida por las ecuaciones cuasi-geostróficas da lugar a la formación de frentes entre masas de aire a distintas temperaturas. Se puede conjeturar que estos frentes corresponden a los observados efectivamente en la atmósfera. Dichos frentes pueden emitir ondas de gravedad, que evolucionan en escalas de longitud y tiempo mucho menores que las mesoescalas del balance geostrófico y corresponden por lo tanto, a mecanismos físicos ignorados por el modelo cuasi-geostrófico. Desde un punto de vista matemático la derivación del modelo cuasi-geostrófico "filtra" las frecuencias altas, en particular las ondas de gravedad. Esto implica que, para entender el proceso de formación de estas ondas es necesario desarrollar un modelo mucho más amplio que contemple la interacción de las mesoescalas cuasi-geostróficas y las microescalas de las ondas de gravedad. Este es un problema análogo al estudio de los efectos de la inclusión de un término dispersivo pequeño en una ecuación hiperbólica no lineal. En este contexto, cuando la parte hiperbólica genera un frente de choque, la dispersión produce oscilaciones de alta frecuencia cuyo estudio es un problema abierto y de mucho interés. Con la combinación de cuidadosas expansiones asintóticas, estudios numéricos y análisis teóricos, desarrollaremos y estudiaremos un modelo matemático simplificado para el estudio de los fenómenos mencionados.