Investigacion

Misión y visión del Instituto de Investigaciones Físicas

Misión:

El Instituto de Investigaciones Físicas de la carrera de Física tiene la misión de generar conocimiento científico a través de proyectos que integran talento humano diverso y altamente calificado, promoviendo el avance de la investigación en física teórica y aplicada.

Visión:

La generación de conocimiento científico es esencial para el desarrollo de un país. En este marco, el Instituto de Investigaciones Físicas, con 73 años de destacada trayectoria científica, se dedica al desarrollo de proyectos de investigación en colaboración internacional en los ámbitos de la física teórica y aplicada. El conocimiento generado se difunde entre la comunidad científica y la sociedad, permitiendo así evaluar el impacto de estas contribuciones y abordar nuevos desafíos por el bien de la humanidad.

Áreas de investigación

Rayos Cosmicos

Los rayos cósmicos son partículas muy energéticas que viajan, casi a la velocidad de la luz, por el universo. En su mayor parte, los rayos cósmicos son átomos que han perdido la capa de electrones que los rodea, en otras palabras, los rayos cósmicos son núcleos atómicos. Estos rayos golpean la atmósfera de la Tierra desde el espacio exterior en todas las direcciones posibles.

¿Qué tipo de partículas son?
Los rayos cósmicos están compuestos principalmente por:
Protones (alrededor del 90%)
Núcleos de helio (alfa) (~9%)
Electrones y otras partículas más pesadas (menos del 1%)
También pueden incluir partículas exóticas como positrones, muones o neutrinos, pero en menor cantidad.

¿De dónde vienen?
Su origen puede ser:
Extraterrestre:
Rayos cósmicos galácticos: provienen de fuera del sistema solar, como de supernovas o púlsares.
Rayos cósmicos extragalácticos: vienen de más allá de nuestra galaxia, posiblemente de núcleos galácticos activos o agujeros negros.
Del Sol:
Rayos cósmicos solares: producidos durante las erupciones solares o tormentas solares.

¿Qué pasa cuando llegan a la Tierra?
Cuando estas partículas chocan con la atmósfera terrestre:
Interactúan con átomos del aire.
Se generan lluvias de partículas secundarias, como muones, piones, neutrinos, entre otras.
Algunas de estas partículas llegan hasta la superficie terrestre.

Física de la Atmósfera

La Física de la Atmósfera es una rama de la Física que se dedica al estudio de los procesos dinámicos, radiativos, químicos y microfísicos que ocurren en la envoltura gaseosa de la Tierra. Su objetivo es comprender los mecanismos fundamentales que regulan la composición, estructura y evolución de la atmósfera, así como sus interacciones con la superficie terrestre, los océanos, la criósfera y la biosfera.

Entre sus campos de investigación se encuentran el análisis de la radiación solar y ultravioleta, la dinámica de la capa de ozono, la caracterización de aerosoles y gases de efecto invernadero, el estudio de los procesos de transporte atmosférico y el desarrollo de modelos numéricos que permiten describir y proyectar el clima a distintas escalas. Estas investigaciones son fundamentales para abordar problemas ambientales y sociales de gran impacto, como el cambio climático, la contaminación del aire, el retroceso de glaciares y los riesgos derivados de la exposición a la radiación ultravioleta.

La disciplina combina métodos de observación in situ, técnicas de detección remota (como espectrofotometría, fotometría solar y sistemas LIDAR), campañas de campo en regiones estratégicas —Altiplano, Amazonía, Andes tropicales— y análisis de datos satelitales. Además, se apoya en la modelización matemática y computacional para comprender la variabilidad atmosférica y sus interacciones con los sistemas naturales y antrópicos.

En el contexto de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA), la Física de la Atmósfera ha alcanzado un papel protagónico gracias al Laboratorio de Física de la Atmósfera (LFA), creado a partir de iniciativas de investigación sobre la radiación ultravioleta en La Paz y posteriormente ampliado a la monitorización de gases, aerosoles y fenómenos climáticos. Hoy constituye un referente académico y científico en Bolivia y la región andina, al integrar investigación, docencia y extensión universitaria en torno a los desafíos atmosféricos contemporáneos.

Física Teórica

Complex systems group
El estudio de la Dinámica No Lineal y Sistemas Complejos ha adquirido gran importancia debido a que la mayoría de los sistemas físicos, químicos, biológicos, socioeconómicos, etc. tienen intrínsecamente un carácter no lineal debido a que los modelos que los describen se formulan en términos de ecuaciones no lineales.
Los comportamientos no lineales de los diferentes sistemas naturales o artificiales están relacionados con ciertos fenómenos que surgen en este tipo de sistemas debido a procesos de retroalimentación (sinergias). Esto da lugar a nuevas situaciones que surgen y están relacionadas con cambios drásticos en el sistema que en términos físicos se conocen como transiciones de fase o fenómenos críticos. Estos fenómenos emergentes surgen independientemente de la naturaleza del sistema y sólo debido a las interacciones entre los constituyentes del sistema. Por esta razón, se puede decir que el modelado de cualquier tipo de sistema no lineal utiliza las mismas herramientas físico-matemáticas.

Física Aplicada

La Física Aplicada se orienta a la utilización del conocimiento físico en la solución de problemas prácticos y en el desarrollo de innovaciones tecnológicas que impactan directamente en la sociedad. A diferencia de la Física Teórica, que prioriza la abstracción y modelización, la Física Aplicada se centra en la experimentación, la instrumentación y la transferencia del conocimiento hacia áreas interdisciplinarias.

Dentro de la Carrera de Física de la UMSA, esta área incluye proyectos en energías renovables, física de materiales, biofísica, física médica, meteorología, radiación solar, aerosoles atmosféricos y cambio climático. Las investigaciones abarcan desde la caracterización de materiales mesoscópicos hasta el desarrollo de sistemas para la medición y monitoreo ambiental, en estrecha colaboración con instituciones científicas nacionales e internacionales.

La Física Aplicada en la UMSA no solo impulsa el desarrollo tecnológico, sino que también fortalece la formación de recursos humanos capaces de enfrentar retos en industria, salud, medio ambiente y energías alternativas, contribuyendo a la innovación científica con impacto directo en el país y la región andina.

Laboratorios

Laboratorio de Chacaltaya

El Laboratorio de fisica cosmica de chacaltaya

El Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya, ubicado a 5.220 metros sobre el nivel del mar en la Cordillera de los Andes bolivianos, es un centro de investigación científica de alto nivel perteneciente a la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA) y a cargo de la carrera de Física.

Su historia se remonta a 1943, cuando se estableció una estación científica en la cima del monte Chacaltaya, que en 1947 fue ampliada para estudiar física cósmica bajo la dirección del físico brasileño César Lattes
Este laboratorio se convirtió en un hito clave para la física boliviana, siendo la base para la creación de la carrera de física en la UMSA en 1968.

El laboratorio estuvo especialmente involucrado en las medidas experimentales para verificar la existencia del mesón pi (pión), una partícula subatómica cuya existencia había sido predicha por el físico japonés Hideki Yukawa en 1935.
El descubrimiento del pión, logrado por un equipo liderado por Cecil Frank Powell, Giuseppe Occhialini, H. Muirhead y César Lattes, le valió el Premio Nobel de Física a Powell en 1950.
En 1969, Lattes y su grupo descubrieron la masa de las «bolas de fuego», un fenómeno espontáneo que ocurre durante colisiones de altas energías, detectado mediante placas de emulsión fotográfica nucleares.

Desde su fundación oficial en 1952, el laboratorio ha desarrollado investigaciones continuas en rayos cósmicos y física de la atmósfera.
En 2008, se incorporó al proyecto Latin American Giant Observatory (LAGO), y desde 2009 incluye una estación de medida de gases.

En 2016 se anunció la construcción de un nuevo observatorio de rayos cósmicos, conocido como el proyecto ALPACA, que se instalará en una superficie de 13 hectáreas cerca de Chacaltaya.

Este nuevo observatorio, con 401 detectores en superficie y ocho piscinas subterráneas de agua filtrada, aprovechará la altitud de 4.740 metros y la orientación hacia el centro de la galaxia para estudiar rayos cósmicos y posibles cúmulos de materia oscura.

Laboratorio de Física de la Atmósfera

Historia del Laboratorio de Física de la Atmósfera (LFA-UMSA)

El Laboratorio de Física de la Atmósfera (LFA) fue fundado en 1994 en la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA) con el objetivo de estudiar la radiación ultravioleta en la ciudad de La Paz y sus efectos en la salud y el medio ambiente. Este interés surgió en un contexto internacional marcado por la preocupación por el agujero en la capa de ozono y el incremento de enfermedades asociadas a la exposición solar.

En sus primeras etapas, el LFA se consolidó gracias al apoyo de organismos internacionales que facilitaron equipamiento especializado para el monitoreo atmosférico. Esto permitió que Bolivia se integrara en redes globales de investigación, aportando datos valiosos desde una ubicación privilegiada en los Andes tropicales.

Con el tiempo, el laboratorio amplió sus líneas de trabajo, incorporando el estudio de aerosoles atmosféricos, gases de efecto invernadero y variabilidad climática. La instalación de la estación de investigación en Chacaltaya (5240 msnm) marcó un hito fundamental, al convertirse en un observatorio estratégico para analizar la atmósfera en altura y los impactos del cambio climático en la región andina.

El LFA no solo ha desarrollado investigación científica, sino que también ha cumplido un rol clave en la formación académica de estudiantes y jóvenes investigadores, integrando sus proyectos a la docencia en la Carrera de Física y promoviendo la cooperación con instituciones de Europa, Norteamérica y América Latina.

A lo largo de casi tres décadas, el LFA ha evolucionado hacia un referente nacional e internacional en el estudio de la atmósfera, contribuyendo al conocimiento sobre la contaminación del aire, la radiación solar, el cambio climático y la salud ambiental. Su labor combina investigación de frontera, docencia universitaria y extensión social, consolidando a la UMSA como un actor científico clave en la región.

Observatorio de Rayos Cósmicos Gamma
ALPACA

El experimento ALPACA es un nuevo proyecto para la observación de rayos cósmicos y rayos gamma, iniciado entre Bolivia y Japón en 2016. Su principal motivación es la observación continua de rayos gamma de ultraalta energía , por primera vez en el hemisferio sur, con un amplio campo de visión y la mejor sensibilidad del mundo.

«¿Qué objetos astrofísicos en la Galaxia aceleran los rayos cósmicos más allá de 10⁻⁶ eV ?». Para resolver este misterio, que persiste más de un siglo desde el descubrimiento de los rayos cósmicos, estamos impulsando un experimento para observar continuamente rayos gamma de 10⁻⁶ a 10⁻⁶ eV en el hemisferio sur con un amplio campo de visión. Planeamos construir un conjunto de detectores de lluvia de aire en superficie de 83 000 m² y un conjunto de detectores de muones subterráneos de 5400 m² , en una zona montañosa a 4740 m de altitud, a la mitad del monte Chacaltaya, en las afueras de La Paz, Bolivia. El conjunto de detectores de muones nos permite seleccionar lluvias de aire pobres en muones (es decir, lluvias de aire inducidas por rayos gamma primarios) y, por lo tanto, mejorar la sensibilidad del conjunto a los rayos gamma. El proyecto se denomina ALPACA (detector de partículas de área grande de los Andes para la física de rayos cósmicos y la astronomía), en honor al animal que habita en Sudamérica.

Una gran ventaja de observar el cielo en el hemisferio sur es que el centro de la galaxia queda dentro del campo de visión. Recientemente se ha sugerido que los rayos cósmicos posiblemente se aceleran hasta alcanzar energías ultraaltas en la región extendida alrededor del centro galáctico. Si detectamos rayos gamma de energía ultraalta producidos por la interacción de estos rayos cósmicos acelerados con el gas ambiental, podremos lograr grandes avances en el estudio del origen de los rayos cósmicos. También contamos con muchos otros candidatos prometedores para aceleradores de rayos cósmicos observables, como los remanentes de supernova.

Revistas Bolivianas de Física

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Historia

Mesón pi o pión

Quizás, el descubrimiento de esta partícula, el pión, fue uno de los momentos que más marcaron a la física del siglo XX. En la década de 1930, la comunidad científica estaba centrada en dar explicación a qué era aquello que conseguía mantener unidos a protones y neutrones en el núcleo atómico. Las fuerzas conocidas, como la gravedad o la electromagnética, no podían explicar esa cohesión, especialmente porque los protones, que tienen carga positiva, deberían repelerse entre sí. Fue entonces cuando el físico japonés Hideki Yukawa propuso una solución revolucionaria: sugirió la existencia de una nueva fuerza que actuase a través de una partícula intermediaria y que uniese a protones y neutrones. Yukawa llamó “mesón” a su pequeña suposición.

La idea de Yukawa se basaba en una analogía con la fuerza magnética. Sabemos que esta es mediada por los fotones, que son partículas sin masa; pues bien, el físico propuso que la interacción nuclear fuerte fuese también mediada de igual forma, pero por una partícula con masa. Justamente esa masa sería la razón por la cual la fuerza nuclear solo actuaría a distancias muy cortas, del orden del tamaño de un núcleo atómico.

No obstante, la confirmación de esta teoría no llegó hasta más de una década después de su predicción. En el año 1947, los científicos Cecil Powell, Giuseppe Occhialini y César Lattes, juto con otros colegas, llevaron a cabo un experimento clave en las montañas de Chacaltaya, en Bolivia. Utilizaron placas de emulsión fotográfica para exponerlas a rayos cósmicos – partículas de alta energía provenientes del espacio exterior. Al analizar las placas, los científicos observaron trazas de una partícula que coincidía con las características del mesón predicho por Yukawa: era el pion.

Instituto de investigaciones físicas

Perteneciente a la Facultad de Ciencias Puras y Naturales de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA), es una entidad dedicada a la investigación científica en el campo de la física en Bolivia.

Fundado con el propósito de fomentar el desarrollo y la innovación en diversas áreas de la física, el IIFI se ha establecido como un referente académico en Latinoamérica.

Con una historia que se remonta a su creación en 1946, el instituto ha contribuido significativamente al conocimiento científico, especialmente en áreas como la física de la atmósfera, geofísica, física teórica y aplicada.

Además, el IIFI es reconocido por su laboratorio en Chacaltaya y su participación en proyectos internacionales, lo que demuestra su compromiso con la investigación de vanguardia y la colaboración global.