Quantum motion effects in laser illuminated ultracold atoms

Resumen

La presente tesis se enmarca dentro de los campos de la Óptica Cuántica y la Óptica Atómica, más específicamente en el área de átomos fríos y su control y manipulación mediante láseres. En estas últimas décadas, estos campos han experimentado un enorme desarrollo, debido principalmente a las nuevas técnicas que permiten el control y manipulación de átomos. Estas técnicas han abierto el campo de las interacciones luz - materia a estudios sobre nuevos efectos y nuevos estados de la materia como el condensado Bose-Einstein o el gas de Tonks-Girardeau. Esta tesis está dividida en tres partes. La primera parte estudia iones atrapados y su interacción con láseres. Los iones quedan atrapados mediante diferentes combinaciones de campos electromagnéticos, y pueden ser manipulados y controlados individualmente mediante láseres. En esta primera parte se presenta una generalización del concepto de sideband transitions o transiciones de banda lateral, válida para láseres de intensidad y desintonía arbitrarios. También en esta primera parte de la Tesis se estudian los diferentes corrimientos de frecuencia observados en el espectro energético de un ion atrapado iluminado con un láser. La segunda parte está dedicada a mostrar efectos interesantes que se producen en interferometría atómica debido al movimiento cuántico. El uso de átomos en interferometría en lugar de fotones presenta algunas ventajas. Los átomos interaccionan fuertemente con campos electromagnéticos debido a su estructura interna, de forma que pueden ser manipulados y controlados de forma muy precisa. Además, el hecho de tener masa no nula, permite el estudio de fuerzas gravitacionales. Los efectos debidos al movimiento cuántico se estudian en un interferómetro atómico de Mach-Zender, y también se estudia la interferometría Ramsey, mostrando que las franjas de interferencia se pueden hacer más estrechas si los dos campos tienen frecuencias distintas y se controla su diferencia de fase. Finalmente, la tercera parte trata algunos aspectos novedosos del Efecto Zeno Cuántico. Se comparan medidas pulsadas y continuas en un sistema óptico-quántico simple, generalizando resultados anteriores. En el último capítulo de esta fase se exploran diferentes formas de controlar y manipular el decaimiento exponencial inducido por mediciones frecuentes en sistemas óptico-quántico simples. Se examinan la influencia de diferentes factores como la influencia del estado inicial del átomo o el efecto de los términos contr-rotantes cuando no se aplica la Aproximación de Onda Rotante o Rotating Wave Approximation (RWA). En particular, a pesar de que los efectos Zeno y anti-Zeno cuánticos están asociados a dependencias cuadráticas de la probabilidad de supervivencia, se encuentra un efecto anti-Zeno para dependencias lineales de la misma escogiendo adecuadamente el estado inicial y los parámetros del láser.