Stratégies pour le chargement d’un piège dipolaire d’atomes froids de césium et le refroidissement évaporatif

Strategies for the loading of a dipolar trap of cesium cold atoms and the evaporative cooling

• Auteur / Autrice : Guillaume Stern
• Direction : Pierre Pillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique atomique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation de Bose-Einstein

Césium

Atomes

Atomes froids

Mots clés libres

Piège magnétique

Simulation de refroidissement évaporatif

Résumé

L’atome de césium n’a pu être condensé qu’en 2002. Il fallut recourir à un piège dipolaire pour pouvoir piéger les atomes dans leur état fondamental, dans lequel les processus de collisions à deux corps sont supprimés. Notre stratégie, pour parvenir à amener des atomes de césium au seuil de dégénérescence quantique, consistait à charger un piège dipolaire très confinant à partir d’un piège magnétique. Après coupure de ce dernier, le piège dipolaire obtenu, « chaud » mais dense, permettrait un refroidissement évaporatif rapide tout en limitant les recombinaisons à trois corps. Des simulations des processus de chargement et d’évaporation prenant en compte différents phénomènes ont été développées. Elles font apparaître différents schémas pouvant mener à la condensation en un temps de l’ordre de la seconde avec quelques dizaines de milliers d’atomes. Le dispositif expérimental existant précédemment a donc été adapté à cette nouvelle stratégie. Les principales modifications ont été l’amélioration du système de vide et de la méthode de transfert par faisceau pousseur, et la mise en place d’un piège dipolaire simple ou croisé. Les performances du chargement d’un piège simple par piège magnétique ont été comparées à celles obtenues à partir d’un chargement par mélasse. Elles s’avèrent meilleures et le modèle développé permet une description correcte des résultats obtenus. Dans le cas d’un piège dipolaire croisé, les résultats sont en revanche en deçà de nos prévisions. Un chargement par MOT comprimé donne des résultats similaires, et c’est à partir d’un chargement par mélasse que les conditions les plus favorables sont atteintes.

Cesium atom was condensed for the first time in 2002. A dipolar trap was required to trap the atoms in their fundamental ground state, in which two bodies collisionnal process are suppressed. Our strategy, to reach quantum degeneracy, consists in loading a tight dipolar trap with a magnetic trap. Once the magnetic trap is switched off, the “hot” but dense dipolar trap could allow a very fast evaporative cooling while limiting the three bodies recombinations. Simulations of the loading and evaporation process, taking into account several pertinent phenomena, have been developed. They show different schemes, which could allow us to reach to the condensation in a time of the second order with several tens of thousands atoms. The previous experimental setup has been modified to fit this new strategy. The main changes were the improvements of the vacuum system, and the transfer by using a pushing beam. A simple or crossed dipolar trap has been built. Performances of the loading of a simple dipolar trap with a magnetic trap have been compared with the performances of the loading with an optical molasses. They were better and our model reproduces quite fairly the results we obtained. In the case of a loading of a crossed dipolar trap, the results were much worse what we expected. A loading with a compressed MOT gives similar results, and it’s with a molasses that the loading is the most successful.