Interféromètre à ondes de matière ultra-froides pour le test du principe d'équivalence faible en micropesanteur

Ultra-cold matter-wave interferometer applied to the test of the weak equivalence principle in microgravity

• Auteur / Autrice : Romain Arguel
• Direction : Philippe Bouyer, Baptiste Battelier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 07/01/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Denis Boiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bouyer, Baptiste Battelier, Denis Boiron, Patrick Cheinet, Carlos L. Garrido Alzar, Markus Arndt, Thomas Lévèque
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Cheinet, Carlos L. Garrido Alzar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravité

Principe d'équivalence (physique)

Accéléromètres

Atomes froids

Interférométrie atomique

Mots clés libres

Interférométrie atomique

Atomes ultra-froids

Accéléromètre à ondes de matières

Principe d’Équivalence

Micropesanteur

Atom interferometry

Ultra-cold atoms

Matter-wave accelerometer

Equivalence Principle

Microgravity

Résumé

Au cours des dernières décennies, des avancées majeures ont été réalisées dans le domaine du piègeage et du refroidissement d'atome par des méthodes optiques. Ces nouvelles techniques ont ouvert la voie vers la métrologie de haute-précision pour de nombreuses applications, s'étendant de la géodésie à la navigation inertielle en passant par des tests de physique fondamentale.Ces travaux de thèses s'inscrivent dans ce contexte et ce sont déroulés dans le cadre du projet ICE, qui a pour but de développer un accéléromètre à ondes de matière, bi-espèce 87Rb et 39K), appliqué au test du principe d'équivalence faible.Afin de s'affranchir des limitations liées à la chute libre des atomes, l'instrument a été conçu pour opérer dans un environnement de micropesanteur, ce qui en fait un démonstrateur technologique de choix pour de futures applications spatiales. Le régime d'impesanteur est concrètement atteint par le biais de deux plateformes complémentaires : l'avion 0G de Novespace, et un simulateur de micropesanteur fonctionnant sur le principe de l'ascenseur d'Einstein, installé au laboratoire. La réalisation d'interféromètres à longs temps d'interrogation (2T=200 ms) ainsi que les progrès ayant été réalisés sur l'expérience en terme de cohérence de la source atomique laissent entrevoir, à moyen terme, un test de haute sensibilité du paramètre d'Eötvös avec des ondes de matières ultra-froides en micropesanteur.

Over the past decades, major leaps forward have been made in trapping and cooling atoms by optical methods. These new techniques paved the way to high-precision metrology in many applications, going from geodesy to inertial navigation, not forgetting fundamental physics. This work has been conducted in the framework of the ICE experiment, aiming to develop a bi-spescies atom accelerometer (87Rb et 39K), dedicated to the test of the weak equivalence principle. In order to get rid of limitations related to atoms free falling in the experimental setup, this instrument has been designed to operate in a microgravity environment, making it a key technological demonstrator for future space applications. The weightlessness regime is concretely accessed by means of two complementary platforms, namely the Novespace 0G-aircraft and an Einstein elevator installed in the laboratory. The realization of long interrogation time interferometer (2T=200 ms) and progress which have been made in terms of atomic sources coherence give a glimpse, in the medium term, to a high sensitivity test of the Eötvös parameter with ultra-cold matter waves in microgravity.