Carlos Monago
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Investigación

Mi investigación trata de entender cómo la dinámica molecular microscópica da lugar a una dinámica estocástica mesoscópica efectiva. Al pasar a una descripción de grano grueso se eliminan muchos grados de libertad microscópicos, pero su influencia no desaparece: reaparece como ruido, fricción, movilidad, memoria y disipación efectivos. Comprender y estimar estos términos es esencial para construir modelos que reproduzcan no solo la estructura de equilibrio, sino también la dinámica correcta.

Modelización dinámica de grano grueso

Mi trabajo se sitúa entre la mecánica estadística fuera del equilibrio, la dinámica estocástica, la simulación molecular de grano grueso y la modelización multiescala. El problema central es construir descripciones estocásticas reducidas que no se limiten a ajustar propiedades de equilibrio, sino que también sean dinámicamente coherentes con las trayectorias microscópicas.

La modelización de grano grueso suele centrarse en la estructura de equilibrio: reproducir funciones de distribución radial, energías libres o fuerzas medias. Mi trabajo amplía esa perspectiva y sitúa las magnitudes dinámicas en primer plano. Las funciones de correlación temporal, las autocorrelaciones de velocidad, las correlaciones de desplazamiento y los observables entre pares a distintas distancias permiten identificar y estimar la estructura irreversible de la dinámica de grano grueso: fricción, tensores de movilidad, disipación interna e interacciones hidrodinámicas.

Teoría

Modelización de grano grueso y formalismo de Mori–Zwanzig, dinámica estocástica y relaciones de fluctuación-disipación que conectan las variables microscópicas eliminadas con el ruido y la disipación efectivos.

Metodología

Estimación autopromediada de parámetros: inferencia conjunta de parámetros reversibles e irreversibles a partir de promedios microscópicos y funciones de correlación temporal mediante un único procedimiento dinámico.

Aplicaciones

Fricción interna en proteínas, dinámica browniana, hidrodinámica de coloides, mezclas de Lennard-Jones y fluidos definidos mediante grano grueso dinámico.

Preguntas que orientan el trabajo

Tesis doctoral

Mi tesis estudia la modelización dinámica de grano grueso de sistemas moleculares. Se centra en modelos estocásticos cuyos parámetros se infieren a partir de simulaciones microscópicas haciendo coincidir promedios y funciones de correlación temporal seleccionados. La principal contribución metodológica es un sistema de estimación autopromediada que acopla la dinámica estocástica de grano grueso con ecuaciones de evolución lenta para los parámetros del modelo. Así se pueden estimar en un mismo procedimiento parámetros reversibles, como potenciales de fuerza media, e irreversibles, como coeficientes de fricción o tensores de movilidad dependientes de la configuración.

Las aplicaciones abarcan sistemas de Langevin que pueden tratarse analíticamente, partículas brownianas con interacciones hidrodinámicas, mezclas binarias de Lennard-Jones, modelos de proteínas de grano grueso, coloides en interacción y partículas fluidas definidas dinámicamente. En todos los casos, el objetivo común es identificar las fuerzas efectivas y los mecanismos de transporte que emergen al eliminar grados de libertad microscópicos.

El contrato de investigación FPI que financió este trabajo terminó en agosto de 2026. Ahora estoy redactando la tesis y completando los estudios sobre hidrodinámica de coloides y partículas fluidas. La defensa está prevista en 2027.

Publicado · 2026

Estimación autopromediada de parámetros para modelos estocásticos de grano grueso

Este proyecto desarrolla un método de autopromediado para estimar los parámetros de ecuaciones diferenciales estocásticas de grano grueso a partir de trayectorias microscópicas. En vez de ajustar los parámetros mediante una optimización externa, la inferencia se integra en la dinámica: el sistema evoluciona según un modelo estocástico con parámetros desconocidos, mientras estos cambian lentamente mediante ecuaciones de realimentación.

Las ecuaciones de realimentación hacen coincidir promedios o funciones de correlación temporal microscópicos y mesoscópicos. El sistema conjunto se autopromedia con el tiempo y converge hacia parámetros para los que coinciden los observables elegidos. Permite estimar tanto parámetros estáticos, como potenciales de fuerza media, como parámetros dinámicos, entre ellos coeficientes de fricción o tensores de movilidad dependientes de la configuración. Esto último es especialmente útil cuando los coeficientes de transporte dependen del estado y resultan difíciles de calcular directamente mediante promedios condicionados.

El método se valida primero en sistemas controlados, como modelos de Langevin tratables analíticamente y partículas brownianas con interacciones hidrodinámicas. Después se aplica a problemas de modelización molecular de grano grueso, incluidas mezclas binarias de Lennard-Jones en las que se infieren el potencial efectivo y la movilidad dependiente de la configuración de partículas trazadoras pesadas.

  • autopromediado
  • inferencia de parámetros
  • observables
  • ecuaciones estocásticas
  • movilidad hidrodinámica

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Publicado · 2025

Fricción interna en un modelo de proteína de grano grueso

Este proyecto estudia la fricción interna en un modelo de grano grueso de una proteína globular en agua. La proteína se representa mediante partículas cuyas interacciones reversibles incluyen contribuciones elásticas y electrostáticas. La dinámica irreversible incorpora tanto la fricción con el disolvente como la fricción interna entre partículas.

El resultado principal es que la fricción con el disolvente, por sí sola, no reproduce las correlaciones microscópicas de velocidad de las partículas que representan la proteína. La fricción interna, originada por los grados de libertad atómicos eliminados, es necesaria para describir correctamente la relajación vibracional.

Esto muestra que los modelos biomoleculares de grano grueso deben incorporar no solo una estructura de equilibrio precisa, sino también mecanismos disipativos con significado físico. El resultado ayuda a interpretar la dinámica de proteínas, su respuesta viscoelástica y la relación entre el movimiento molecular microscópico y las descripciones estocásticas mesoscópicas.

  • dinámica de proteínas
  • fricción interna
  • grano grueso
  • dinámica molecular atomística
  • Mori–Zwanzig

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Manuscrito en preparación

Acoplamientos hidrodinámicos entre coloides aproximadamente esféricos

Este trabajo desarrolla y calibra un modelo de dos coloides aproximadamente esféricos en un fluido simple. Primero caracteriza la difusión y el radio hidrodinámico de cada partícula; después examina cómo cambia la interacción cuando ambas se aproximan.

El análisis actual se centra en parámetros dinámicos dependientes de la distancia, como la fricción entre partículas y los acoplamientos entre traslación y rotación. Estos efectos son necesarios para que una descripción mesoscópica conserve la estructura hidrodinámica observada en las simulaciones microscópicas.

El modelo y el análisis preliminar están completos. Continúan la validación de los parámetros dinámicos y la revisión del manuscrito.

  • coloides
  • interacciones hidrodinámicas
  • fricción entre partículas
  • acoplamiento traslación–rotación
  • dinámica molecular

Manuscrito en preparación

Retención de material en partículas fluidas definidas por grano grueso dinámico

Este proyecto estudia partículas de grano grueso definidas dinámicamente en un fluido y pregunta cuánto de su material microscópico original permanece asociado a ellas mientras se mueven. La cuestión pone a prueba qué información conserva realmente una transformación de grano grueso dependiente del tiempo.

El análisis en equilibrio ya está desarrollado y el trabajo actual lo extiende a la respuesta ante un flujo transversal. Los resultados muestran los límites de una advección baricéntrica sencilla y ayudan a interpretar dinámicamente las variables fluidas de grano grueso.

  • grano grueso dinámico
  • partículas fluidas
  • retención de material
  • advección baricéntrica
  • flujo fuera del equilibrio

Áreas de investigación