Madrid, 7 y 8 de noviembre de 2016November 7-8, 2016

SIMPOSIO INTERNACIONALInternational Symposium

Solitón: un concepto con extraordinaria diversidad de aplicaciones inter-, trans- y multidisciplinares. Desde el mundo macroscópico al nanoscópico

The soliton concept and its inter-, trans- and pluri-disciplinary ubiquity. Truth and consequences. From the macro- to the nano-world

Introducción

Fue en la segunda mitad de 1965, o sea hace cincuenta años, cuando Norman J. Zabusky y Martin D. Kruskal acuñaron el concepto de “solitón” (onda y partícula en mecánica clásica). Fue un éxito extraordinario de la matemática con computador, metodología ya usada por Enrico Fermi, John R. Pasta y Stanislaw M. Ulam usando el computador llamado MANIAC en el Laboratorio de Los Álamos (EE. UU.). Su estudio de 1940 publicado en 1955 supuso el punto de partida que llevó al solitón y a mucho de la ciencia llamada “no” lineal cuyo desarrollo ha sido y sigue siendo espectacular. Pronto se percibió la profundidad del “invento” (o descubrimiento computacional) y sus muy diversas implicaciones, abarcando cualesquiera disciplinas de las “duras” a las “blandas” a las que ha acabado “endureciendo”. Supuso usar el computador para obtener “entendimiento” y no meros resultados numéricos, sobre todo en problemas generalmente de intratable resolución analítica. Por supuesto que hubo precursores tanto del concepto como en la teoría y experimentos que tras 1965 cupo calificar de solitónicos. Mencionemos una publicación en 1895, siete décadas antes, de D. J. Korteweg y G. de Vries, parcialmente redundante de otra extensísima publicación de J. V. Boussinesq en 1877 (casi setecientas páginas). Obligatorio también es recordar trabajos publicados en 1845 describiendo observaciones y experimentos realizados en las décadas 1830-40 por J. S. Russell, ingeniero y arquitecto naval, descubridor en tiempos “modernos” de lo que llamó la onda solitaria por excelencia, origen del solitón. Russell también reinventó el transporte surfeando tales olas en ríos algo que ya era conocido en China desde hacía varios siglos. Por natural extensión trataremos también similares excitaciones localizadas como biones o respiradores (modos intrínsecos localizados con estructura periódica interna) y respiradores discretos (genuinos de redes cristalinas perfectas). Los experimentos, las publicaciones sobre solitones y similares con sus aplicaciones se cuentan por millares, y los libros a

ellos dedicados por centenares (hidráulica, oceanografía, atmósfera, láseres, fibras ópticas, ciencia e ingeniería de materiales, nano-electrónica, cosmología relativista, neuro-dinámica, biología, bioingeniería, robótica, etc.).

Con este simposio pretendemos ilustrar algunos de sus fértiles usos recientes donde han aportado novedad en investigación, desarrollo e innovación. Tales son la posibilidad de controlar el transporte de electrones, rápido y a gran distancia (decenas de nanómetros) en macromoléculas como ADN, proteínas y similares o un posible transistor de efecto de campo donde los electrones surfeando sobre solitones en materiales ajenos al silicio viajan balísticamente por tanto, con todo incluido en el dispositivo, prácticamente ausencia de calor.

Introduction

Soliton-assisted transport (with commercial purposes) was (re)invented in modern times by the ship-building architect and engineer J. S. Russell who in mid-XIXth Century made the discovery of the solitary wave at Union Canal near Edinburgh. Indeed, solitary waves, e.g., at the sea shore, and bores in rivers, permit matter transport and surfing. Bores had been observed and used by peasants in China several centuries ago. They used them to transport goods surfing upstream, with small boats, and getting back to origin with the downstream river flow. In the last quarter of the XIXth century, such waves received a good theoretical explanation by Boussinesq (B) and Lord Rayleigh. Later on came Korteweg and de Vries (KdV) who rediscovered the solitary wave evolution equation (fifteen years after Boussinesq). It was not until mid-XXth Century that the curiosity of the solitary wave attracted the interest of N. J. Zabusky and M. D. Kruskal who numerically explored the solutions of the BKdV theory, and their (overtaking) collisions, and coined the soliton word and concept. Their research was motivated by earlier work done by Fermi, Pasta and Ulam (FPU) on heat transfer and equipartition in (anharmonic) lattices at Los Alamos National Lab using the MANIAC computer. Eventually, subsequent mathematical work about BKdV theory and other soliton-bearing dynamics led to a new area in Applied Mathematics and General Physics (in particular, by using computers to gain insight and not just numerical results).

In the last fifteen years, the soliton concept has been applied to such complex phenomena as the coupled motion of nuclei and electrons in crystalline solids (insulators and semiconductors, in particular). This constitutes an interesting problem because while the heavy “particles” are treated classically, the lighter ones (electrons or positive holes) must be treated quantum mechanically. Theory has shown the possibility of transferring the soliton-like motion to the charges which could “surf” on the soliton wave. This opens the path to

practical application in nano-electronics through the design of novel, ultrafast transistors with extremely low heat dissipation.

At present, the soliton concept and other related concepts like discrete breathers (a.k.a. intrinsic localized modes genuine of perfect crystal lattices) underlie a powerful paradigm providing a unifying understanding of a disparate collection of phenomena found in several branches of Science and not just Physics (Fluid Physics, Hydraulics, Oceanography, Nonlinear Optics and Lasers, Optical Fiber transmission, Acoustics, Plasmas, Science and Engineering of advanced materials, Nano-electronics, Cosmological relativity, Neuro-dynamics, Robotics, etc.).

Programa CientíficoSCIENTIFIC PROGRAM

Sede / VenueSalón de ActosFundación Ramón ArecesVitruvio, 5. 28006 Madrid

Coordinador / CoordinatorManuel G. VelardeInstituto Pluridisciplinar. Universidad Complutense. Madrid.

Lunes / Monday, 7

09.30 h Bienvenida y Presentaciones Welcoming Remarks and Introductions Federico Mayor Zaragoza

Presidente del Consejo Científico. Fundación Ramón Areces.

José María Medina Vicepresidente del Consejo Científico. Fundación Ramón Areces.

Manuel G. Velarde Coordinador del simposio.

10.00 h Introducción: El concepto de solitón y la extraordinaria diversidad de sus aplicaciones

Introduction: The soliton concept and the new world of computational/experimental nonlinear science and beyond

Manuel G. Velarde Instituto Pluridisciplinar. Universidad Complutense.

Madrid.

10.40 h Solitones y solectrones y el control mecánico de electrons (surfeo de electrons)

Solitons and solectrons and the mechanical control of electrons (electron surfing)

Werner Ebeling Universidad Humboldt. Berlín. Alemania.

11.40 h Electrones en moléculas: solitones y polarones en polímeros impuros conductores

Electrons in Molecules: Solitons and polarons in dopable conducting polymers

Jean-Pierre Launay CNRS. Toulouse. Francia.

12.20 h Descanso / Break

12.40 h Solitones y solectrones. Experimentos numéricos I

Solitons and solectrons: Computer simulations I Alexander P. Chetverikov

Universidad de Saratov. Rusia.

13.20 h Bisolitones y bisolectrones Bisolitons and bisolectrons Larissa Brizhik Bogolyubov Institute for Theoretical Physics.

Academia Nacional de Ciencias de Ucrania. Kiev. Ucrania.

14.00 h Descanso / Break

15.30 h Solitones y respiradores discretos (modos intrínsecos localizados en redes cristalinas)

Solitons and “discrete breathers” (intrinsic localized modes in crystals)

Sergey V. Dmitriev Institute for Metals Superplasticity. Academia de

Ciencias de Rusia. Ufá. Federación Rusa.

16.10 h Solitones, respiradores discretos y resaltos en cristales iónicos

Solitons, discrete breathers and kinks in ionic crystals

Juan F. R. Archilla Universidad de Sevilla.

16.50 h Solitones y solectrones. Experimentos numéricos II

Solitons and solectrons: Computer simulations II Alexander P. Chetverikov Universidad de Saratov. Rusia.

Martes / Tuesday, 8

09.30 h Experimentos con solitones y modos intrínsecos localizados

Experiments with solitons and intrinsic localized modes

Víctor Sánchez-Morcillo Universidad Politécnica de Valencia.

10.30 h Solitones y modos similares en cables biomoleculares como ADN y similares

Soliton-like motions in biomolecular wires such as DNA and the like

Victor D. Lakhno Institute of Mathematical Problems of Biology.

Academia de Ciencias de Rusia. Pushchino. Rusia.

11.30 h Transporte electrónico asistido por solitones (surfeo electrónico) y un novedoso transistor con apenas calor

Nano-soliton-assisted electron transport (electron surfing) and a novel ballistic-like field effect transistor (SFET) with extremely low heat dissipation

E. Guy Wilson Universidad Queen Mary de Londres.

Reino Unido.

12.30 h Descanso / Break

12.50 h Potenciales de acción como solitones en neuro-dinámica

Action potentials as solitons in neuro-dynamics Alberto Ferrús Instituto Cajal. CSIC. Madrid.

14.00 h Descanso / Break

15.30 h Modos solitónicos simulando la marcha de insectos (hexápodos)

Solitonic gaits in insects (hexapods) Ezequiel del Río Universidad Politécnica de Madrid.

16.30 h Ondas y solitones gravitatorios: predicciones

Gravitational waves and solitons: Predictions Enric Verdaguer Universidad de Barcelona.

17.30 h Ondas y solitones gravitatorios: su detección

Gravitational waves and solitons: Detection Francisco R. Villatoro Universidad de Málaga.

18.30 h Discusión abierta: conclusiones y perspectivas

Open forum: Conclusions and outlook

Moderador / Chair: Manuel G. Velarde Instituto Pluridisciplinar. Universidad Complutense.

Madrid.

El simposio se realizará sin interpretación simultánea.

Fundación Ramón ArecesCalle Vitruvio, 528006 MadridEspaña

Inscripcionesfundacionareces.es(Aforo limitado)

Síguenos en