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Statistiques classiques et quantiques dans une séparatrice à condensats de Bose-Einstein.

Kenneth Maussang

15 janvier 2016 à 11 heures

Dans cet exposé, je présenterai l’étude expérimentale de la physique
d’un gaz d’atomes ultrafroids (Rb87) dans un double puits de potentiel.
Ce système physique est à la fois un système de type "cas d’école" pour l’étude des effets quantiques dans les systèmes en interactions, mais également d’un intérêt notable dans l’optique de développer des capteurs inertiels à gaz froids. Notamment, D.J. Wineland, prix Nobel 2012, a montré qu’il était possible d’améliorer les performances de tels
dispositifs grâce aux interactions [1], par la génération d’états
comprimés du champ atomique (optique quantique atomique).

Je présenterai le dispositif construit dans cet objectif, ainsi que
l’ensemble des contraintes expérimentales imposées par l’observation de tels états comprimés. Les atomes sont manipulés par la technique des puces à atomes qui sera présentée. Un système d’imagerie de précision a été développé, permettant une mesure absolue des populations avec un très faible bruit, quasiment limitée par le bruit de grenaille optique. La statistique des populations entre les deux puits après séparation a été mesurée, notamment la variance de population relative. Si un gaz classique présente une distribution poissonienne de population relative, un état comprimé est caractérisé par variance sub-poissonienne. De tels états comprimés en nombre ont été observés directement, jusqu’à -4.9dB de réductions de fluctuations aux basses températures par rapport à un gaz de particules classiques, indépendantes. La dépendance en température des fluctuations a également été étudiée et interprétée physiquement [2]. La phase relative entre les deux nuages et son évolution temporelle a été mesurée. De plus, son brouillage dû aux interactions aux temps longs a été observé, permettant alors de démontrer que la séparatrice construite est cohérente.

[1] Squeezed atomic states and projection noise in spectroscopy, D. J.
Wineland et al., Phys. Rev. A, 50, 1, 67-88 (1994)
[2] Enhanced and Reduced Atom Number Fluctuations in a BEC Splitter, K.
Maussang, et al., Phys. Rev. Lett. 105, 080403 (2010)