Production d’un gaz de Bose unidimensionnel, résonances de Feshbach micro-onde et dynamique hors équilibre

Production of a one-dimensional Bose gas, microwave Feshbach resonances and non-equilibrium dynamics

• Auteur / Autrice : Manon Ballu
• Direction : Hélène Perrin, Aurélien Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/09/2024
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Anne Amy-Klein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Bouchoule, Philipp Treutlein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Beugnon, Nicolas Pavloff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solitons

Bose-Einstein, Gaz de

Condensation de Bose-Einstein

Mots clés libres

Condensat de Bose-Einstein

Puce à atomes

Gaz unidimensionnels

Bose-Einstein condensate

Atom chip

One-Dimensional gas

Résumé

Dans cette thèse, nous présentons une expérience produisant des condensats de Bose-Einstein de sodium. L'utilisation d'une puce à atomes, qui donne accès à des pièges magnétiques très allongés, permet de produire des gaz quantiques unidimensionnels dans le régime de quasi-condensat. Nous avons optimisé le refroidissement par évaporation et le transfert des atomes vers le piège magnétique de la puce à atomes.  Nous nous sommes ensuite intéressés aux résonances de Feshbach micro-onde, dans le but de contrôler les interactions entre atomes, ce qui nécessite de fortes puissances micro-onde. Pour cela, nous utilisons un guide d'ondes coplanaire intégré à la puce à atomes. Des mesures d'oscillations de Rabi entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental du sodium f=1 et f=2 montrent que nous pouvons atteindre des amplitudes magnétiques de plusieurs gauss pour le champ oscillant. Nous avons effectué la spectroscopie micro-onde des états moléculaires  de la branche [f1=1, f2=2] les plus proches de la limite de dissociation. Les pertes d'atomes rapides observées au voisinage des résonances moléculaires semblent limiter leur intérêt comme outil de contrôle des interactions. Dans une deuxième partie nous avons étudié numériquement la dynamique hors équilibre d'un gaz de Bose unidimensionnel dans une boîte, en résolvant l'équation de Gross-Pitaevskii 1D. Le système est conduit hors d'équilibre à l'aide d'un potentiel extérieur oscillant. Nous nous sommes notamment intéressés aux profils de densité, aux énergies et à la distribution en impulsion. Les méthodes de transformée de diffusion inverse, avec le calcul du spectre de Lax, permettent d'étudier les solitons du système.

In this thesis, we present an experiment producing sodium Bose-Einstein condensates. The use of an atom chip, giving access to highly elongated magnetic traps, allows to produce one-dimensional quantum gases in the quasi-condensate regime. We optimized evaporative cooling and atom transfer in the magnetic trap of the atom chip. We then turned to microwave Feshbach resonances, with the aim of controlling the interactions between atoms, which requires high microwave power. To achieve this, the atom chip encompasses a coplanar waveguide. Rabi oscillations measurements between the two hyperfine levels of the sodium ground state f=1 and f=2 show that we can achieve magnetic amplitudes of several gauss for the oscillating field. We have performed microwave spectroscopy of the molecular states in the [f1=1, f2=2] branch closest to the dissociation limit. The rapid loss of atoms observed close to the molecular resonances seems to limit their use as a tool for interaction control.In a second part, we numerically study the non-equilibrium dynamics of a one-dimensional Bose gas in a box, by solving the 1D Gross-Pitaevskii equation. The system is driven out of equilibrium using an oscillating external potential. We focused on density profiles, energies and momentum distributions. Inverse scattering transform methods, with the calculation of the Lax spectrum, are used to study the solitons of the system.