Relativistic quantum effects in laser-driven electrons

Resum

El trabajo consiste en el estudio de los efectos relativistas en la interacción entre un electrón y un láser intenso. Para describir este sistema se ha utilizado la ecuación de Dirac de una partícula en aproximación semiclásica, es decir, en la que el láser viene representado por un campo electromagnético clásico. Con la selección de la ecuación de Dirac para realizar el estudio no sólo estamos incluyendo la dinámica relativista del electrón, puesto que la ecuación de Dirac encaja perfectamente en el contexto de la relatividad especial, sino que además incluimos propiedades importantes del electrón como es el spin. Los resultados fundamentales obtenidos en este trabajo provienen de la construcción de paquetes en funciones de Volkov que nos permiten representar un electrón cuántico, relativista y localizado en presencia de una onda plana electromagnética. Una vez calculados los coeficientes necesarios para que se cumpla la condición inicial impuesta se presenta el estudio de la dinámica del paquete y de diversos efectos inducidos por el láser. Entre ellos cabe destacar la deriva magnética que sufre el paquete en la dirección de propagación del láser, y la rotación y el ensanchamiento del paquete que aparece durante la evolución del mismo. Además de estos efectos se estudia la evolución de la parte del paquete asociada a los estados de energía negativa observándose que se mueven siguiendo una trayectoria distinta a la que siguen los estados de energía positiva. Esta diferencia entre la dinámica entre los estados de energía positiva y negativa es el origen de un Zitterbewegung dinámico, que aparece y desaparece según evoluciona el sistema y que también se estudia en detalle. El último efecto que se estudia de los paquetes de Volkov es la posibilidad de la existencia de la fuerza de spin, comprobándose que aparece para algunas geometrías del campo y el spin. Como aplicación del conocimiento adquirido