Horloge à réseau optique au Strontium : une deuxième génération d'horloges à atomes froids

par Rodolphe Le Targat

Thèse de doctorat en Électronique et communications

Sous la direction de Christophe Salomon et de Pierre Lemonde.

Soutenue en 2007

à Paris, ENST .

  • Titre traduit

    Optical lattice clock with strontium atoms : a second generation of cold atom clocks


  • Résumé

    Les fontaines atomiques, basées sur une transition micro-onde du Césium ou du Rubidium, constituent l'état de l'art des horloges atomiques, avec une exactitude relative avoisinant 10^{-16}. Il apparaît cependant clairement aujourd'hui qu'il sera difficile de dépasser significativement ce niveau de performance avec un dispositif de ce type. L'utilisation d'une transition optique, toutes choses étant égales par ailleurs, ouvre la perspective d'une amélioration de 4 ou 5 ordres de grandeur de la stabilité et de l'incertitude relative sur la plupart des effets systématiques. Les effets liés au mouvement des atomes peuvent être, quant à eux, contrôlés d'une façon totalement différente, en les piégeant dans un réseau optique pour éviter la phase de vc ballistique caractéristique des fontaines. Le point clef de cette approche réside dans le fait que les paramètres de ce piège peuvent être ajustés de façon à s'affranchir du déplacement lumineux si l'on sélectionne une transition d'horloge faiblement permise J=0 -> J=0. A cet égard, l'atome de strontium est l'un des candidats les plus prometteurs, la transition ^1 S_0 -> ^3P _0 présente une largeur naturelle de 1 mHz, et plusieurs autres transitions facilement accessibles peuvent être utilisées en vue d'un refroidissement laser efficace des atomes jusqu'à une température de 10 μK. Ce manuscrit de thèse d'une part démontre la faisabilité expérimentale d'une horloge à réseauoptique basée sur l'atome de strontium, et d'autre part expose une évaluation préliminaire de l'exactitude relative avec l'isotope fermionique ^{87}Sr, à un niveau de quelques 10^ {15}.


  • Résumé

    Atomic fountains, based on a microwave transition of Cesium or Rubidium, constitute the state of the art atomic clocks, with a relative accuracy close to 10^{-16}. It nevertheless appears today that it will be difficult to go significantly beyond this level with this kind of device. The use of an optical transition, the other parameters being unchanged, gives hope for a 4 or 5 orders of magnitude improvement of the stability and of the relative uncertainty on most systematic effects. As for motional effects on the atoms, they can be controlled on a very different manner if they are trapped in an opticallattice instead of experiencing a free ballistic flight stage, characteristic of fountains. The key point of this approach lies in the fact that the trap can be operated in such a way that a weil chosen, weakly allowed, J=0 -> J=0 clock transition can be free from light shift effects. Ln this respect, the strontium atom is one of the most promising candidate, the ^1 S_0 -> ^3P _0 transition has a natural width of 1 mHz, and several other easily accessible transitions can be used to efficiently laser cool atoms down to 10 μK. This thesis demonstrates the experimental feasability of an opticallattice clock based on the strontium atom, and reports on a preliminary evaluation of the relative accuracy with the fermionic isotope ^{87}Sr, at a level of a few 10^ {15}.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 148 réf. bibliogr. Résumé en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 5.25 LETA
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