Seminars from 2011

‘El mar me ha rechazado y mañana estaré de vuelta en el Hotel Bolonia’ fue lo último que dejó escrito Ettore Majorana antes de desaparecer para siempre. Desde entonces, algunas personas aseguran haberlo visto vivo y otros muchos nos hemos tropezado con su asombroso legado científico. En esta charla, zarparemos en su busca, surcando los océanos con el renovado barco velero de la mecánica cuántica relativista. Si sobrevivimos a esta procelosa travesía, arribaremos a una isla hasta ahora inexplorada en la que los hamiltonianos no son hermíticos pero poseen importantes propiedades físicas, las fases globales son observables dinámicamente y partículas cargadas atraviesan potenciales repulsivos sin inmutarse, entre otras maravillas. Mostraremos que todo ello se puede simular en el laboratorio de a bordo.

Según Newton, la luz está compuesta por una infinidad de partículas que se propagaban por el espacio en línea recta. Por otra parte, Huygens propuso que no eran partículas sino ondas. Dado el éxito de la teoría óptica newtoniana para explicar fenómenos como la difracción, reflexión o polarización de la luz, su homóloga huygensiana permaneció al margen hasta principios del siglo XIX, cuando Fresnel propuso su teoría ondulatoria de la luz basada en aquélla. Esta teoría quedaría confirmada de manera inexorable por experimentos como el de la doble rendija de Young y, sobre todo, el de la mancha de Arago-Poisson. No obstante, durante el siglo XIX se sucedieron una serie de experimentos y desarrollos teóricos que desembocaron a principios del XX en la teoría de los cuantos de Planck y Einstein. El efecto fotoeléctrico volvería a rescatar, así, del olvido la teoría newtoniana de que la luz está compuesta por pequeñas partículas, los fotones, y años más tarde, de la mano de Broglie, quedaría asentado el hecho de que la luz admite una descripción dual, comportándose en unos casos como onda y en otros como partícula. No obstante, una de las cuestiones fundamentales de la óptica física y también de los fundamentos de la mecánica cuántica es la de determinar si el fotón posee una función de onda asociada, como sucede con las partículas materiales (e.g., electrones, átomos, moléculas, etc.), la denominada onda de Broglie. O, equivalentemente, si el fotón es localizable. A pesar de los esfuerzos realizados en esta dirección, no ha sido hasta hace unos días que se ha podido determinar (o, tal vez, hablando de una manera más rigurosa, inferir) experimentalmente la existencia de tal función de onda mediante lo que se conocen como procesos de medida débil. Es más, prácticamente al mismo tiempo han sido publicados resultados experimentales que también permiten inferir el trazado del camino que en promedio realizarían los fotones. El objeto de esta charla es discutir estos experimentos, los cuales vienen a cambiar en cierta manera nuestra concepción de la luz y, en particular, del modelo de fotones.

Crystals of trapped ions form an ideal system for studying fundamental questions in quantum information science. Over recent years special interest has grown in using trapped ions to simulate other quantum mechanical systems that are not readily accessible in experiments. Moreover, the unprecedented control of experimental parameters might make it possible to explore new physical regimes of these systems. In a recent experiment we simulated the 1+1 dimensional Dirac equation using a single trapped ion (based on Lamata et al., PRL 98, 253005 (2007)). Straight-forward adjustment of experimental parameters makes it possible to simulate both mass-less and massive free particles in the relativistic and classical limits. We observe Zitterbewegung in the simulated particle motion and investigate various parameter regimes. The simulation can be extended to include external potentials. Using two trapped ions, we simulate a Dirac particle on a slope and in a quadratic potential and observe Klein tunnelling.

Journal club sobre el artículo del mismo título de Marius Junge y Carlos Palazuelos, arXiv:1007.3043.

In the presentation, we will discuss recent experiments to selectively prepare and control the internal (rotational-vibrational) quantum state of sympathetically-cooled molecular ions in ion traps. Using molecular nitrogen ions as a test system, we present methods to initialize the ions in a specific quantum state, discuss the impact of sympathetic cooling, highlight the factors limiting the lifetimes of the molecular states under typical experimental conditions and explore prospects for applications in the realm of quantum technology.

Desde los tiempos fundacionales de la Mecánica Cuántica es conocida la existencia de estados ligados anómalos (energía positiva) en potenciales cuánticos unidimensionales especiales (J. von Neumann y E. Wigner, 1929). Posteriormente el tema ha sido revisitado en contadas ocasiones. Se repasará brevemente este desarrollo histórico, se expondrán nuevos aspectos de la generalidad matemática del problema y se discutirá la posible relevancia de estos estados en sistemas de potenciales de atrapamiento de átomos y iones.

TBA