Optimisation d'un capteur de force à atomes ultrafroids piégés dans un réseau optique

par Xavier Alauze

Thèse de doctorat en Physique quantique

Sous la direction de Franck Pereira Dos Santos.

Le président du jury était Jean-François Roch.

Le jury était composé de Alice Sinatra.

Les rapporteurs étaient Vincent Josse, Athanasios Laliotis.


  • Résumé

    Le projet ForCa-G (pour Force de Casimir-Polder et Gravitation) a pour objectif ultime la mesure de forces à courte distance entre un atome et une surface macroscopique. Notre capteur de force met en jeu des atomes de 87Rb piégés dans un réseau optique vertical où des transitions Raman à deux photons permettent de réaliser une superposition cohérente d'états spatialement séparés et de mesurer par interférométrie atomique la variation du potentiel dans la direction verticale. Au vu de la forte dépendance en position des forces d'interaction atome-surface, une très haute résolution spatiale du capteur est requise. Une résolution spatiale micrométrique de la mesure de force est atteinte en diminuant la taille de la source atomique par refroidissement évaporatif. La sensibilité relative, obtenue pour la mesure de la force de pesanteur, de 5 x 10-6 à 1 s, qui s'intègre jusqu'à 8 x 10-8 en 1 h, est à l'état de l'art pour une telle résolution spatiale. L'amélioration de cette résolution implique une augmentation de la densité atomique. Une étude des interactions atomiques est alors réalisée dans la configuration particulière de notre interféromètre à atomes piégés où nous avons un contrôle cohérent sur le recouvrement des paquets d'onde. Afin d'obtenir une résolution spatiale encore meilleure, nous voulons sélectionner un unique état propre du système. Notre choix s'est porté sur la mise en place d'un super-réseau qui lève la dégénérescence de l'incrément en énergie entre puits adjacents.

  • Titre traduit

    Optimization of a force sensor based on ultracold atoms trapped in an optical lattice


  • Résumé

    The aim of the ForCa-G project (for Casimir-Polder Force and Gravitation) is to measure short range forces between an atom and a macroscopic surface. Our force sensor involves 87Rb atoms trapped in a vertical optical lattice where two-photon Raman transitions allow to create a coherent superposition of spatially separated states and thus realize an atom interferometer to measure the variation of the potential in the vertical direction. Given the high position dependence of atom-surface interaction forces, a very high spatial resolution of the sensor is required. A micrometric spatial resolution of the force measurement is achieved by reducing the size of the atomic source using evaporative cooling. The relative sensitivity, obtained for the measurement of the gravitational force, of 5 x 10-6 at 1 s, which averages down to 8 x 10-8 in 1 h, is at the state of the art for such a spatial resolution. Improving this resolution implies an increase in atomic density. A study of atomic interactions is then carried out in the particular configuration of our trapped atom interferometer where we have a coherent control over the wavepackets overlap. In order to improve the spatial resolution further, we will select a single eigenstate of the system. For that, we lift the degeneracy of the energy increment between adjacent wells using a super-lattice.


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