Quantum dynamics and control of matter waves

Resumen

Debido al carácter dual que presenta la materia, ésta se puede comportar como un corpúsculo o una onda, lo cuál permite que bajo una serie de condiciones el carácter dominante sea el ondulatorio y la materia se comporte como una onda, onda de materia. Aquí radica la base de la Óptica Atómica en la que luz y materia intercambian sus papeles. A diferencia de la Óptica Clásica en la que la luz es el objeto propagante y la materia es empleada para guiar los haces lumínicos, en la Óptica Atómica la luz se emplea para modificar el estado interno de los átomos (materia) que son el objeto propagante. Gracias a la estructura interna que poseen los átomos se ganan nuevos grados de libertad internos respecto a la Óptica Clásica, ofreciendo así nuevas posibilidades. De esta forma los átomos no sólo se pueden propagar, también pueden ser almacenados en trampas ópticas, enfriados a temperaturas ultrafrías dando lugar a nuevos estados de la materia, pueden ser controlados con una gran precisión, ... La presente Tesis estudia la dinámica de las ondas de materia y en particular los denominados efectos transitorios cuánticos, características temporales que presentan las ondas de materia antes de alcanzar un estado estacionario. Además se analizará la dinámica de las ondas de materia en guías de onda láser, proponiéndose esta configuración como diodo atómico (dispositivo que consigue que los átomos viajen en un único sentido independientemente de su movimiento inicial) y como simulador de reacciones químicas colineales de 3 cuerpos. Finalmente se propondrán diversas técnicas (atajos a la adiabaticidad) para una rápida manipulación de las ondas de materia sin alterar sus propiedades cuánticas.