Etude d'un piège hybride magnétique et optique pour la condensation de Bose-Einstein de l'atome de césium

par Michel, Salah Boussen

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Pillet.

Soutenue en 2002

à Paris 11 .


  • Résumé

    L'atome de césium reste le seul alcalin stable à ne pas avoir été condensé. Ses propriétés collisionelles exceptionnelles (taux de collision inélastiques très grands) ont jusqu'à ce jour mis en échec les moyens classiques de condenser les gaz. Une manière de contourner ces difficultés consiste à piéger le césium dans son état fondamental. Aux températures auxquelles nous travaillons, il est impossible pour deux atomes dans cet état de subir des collisions avec changement d'état interne. Malheureusement, cet état ne peut être piéger dans un champ magnétique. Notre solution consiste à combiner deux types de forces : l'une magnétique, l'autre optique (dipolaire). La première compense la gravité, l'autre confine les atomes dans les deux autres directions. Le premier volet de cette thèse a consisté en la réalisation pratique de ce piège pour l'état fondamental du césium. Pour cela, nous avons mis en place un dispositif expérimental complet comprenant une double enceinte à ultra-vide et la totalité des sources lasers nécessaires à la réalisation de pièges magnéto-optiques pour le pré-refroidissement des atomes ainsi que la totalité des fréquences utiles. Les séquences expérimentales et l'acquisition des données sont informatisées. Ce montage expérimental nous a permis l'obtention d'un piège hybride dont la durée de vie de 2 s était limitée probablement par un vide de qualité médiocre. Le second volet de cette thèse fut l'étude théorique du futur de cette expérience. En effet, l'étape suivante est de mettre en place un mécanisme d'évaporation pour aller vers la transition de condensation. Dans notre type de piège, ce refroidissement évaporatif comporte des particularités : évaporation à une dimension, évaporation optique. Pour étudier la faisabilité de ces évaporations, j'ai utilisé un calcul statistique ainsi qu'une simulation numérique Monte-Carlo de Bird. Le résultat montre qu'il existe des voies pour atteindre la condensation dans ce type de piège.


  • Résumé

    Atomic caesium remains the only stable alkaline which has yet to be Bose-Einstein condensed. All attempts to date to reach Bose-Einstein condensation in atomic caesium by classical ways have been thwarted by a high inelastic spin-flip cross section. One way to avoid those relaxations is to trap the atoms in the hyperfine ground state which can not undergo any elastic collision at usual working temperatures. Unfortunately, this state is an high field seeking state, and therefore can not be trapped by magnetic fields. Our solution is to combine two sorts of strengths: one is magnetic and the other is optical (dipolar). The first compensates gravity, and the latest confines the atoms in the two other directions. The first part of this thesis is the practical realization of this hybrid trap for the hyperfine ground state. A complete experimental set-up has been designed and implemented. It includes a high vacuum double cell and all the necessary laser sources for detection and for the building of two magneto-optical traps for pre cooling the atomic sample. The experimental sequences and the data acquisitions are computer controlled. We obtained a 2s lifetime hybrid trap. This short duration is due to a bad vacuum. The second part of this thesis work studies the future of the hybrid trap. Indeed, the second step is to implement an evaporative process in order to reach the BEC transition. In our trap, the evaporative cooling is different from usual experiments : the microwave knife is one dimensional, and there is the possibility to use the natural truncation of the optical potential. In order to study the evaporative cooling efficiency, I used a statistical calculation and a Monte-Carlo like numerical simulation. The results show that there are paths to reach BEC in this kind of trap.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 207 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.195-201.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)139
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.