Spectroscopie en impulsion des fluctuations de phase de condensats de Bose-Einstein très allongés

• Auteur / Autrice : Simon Richard
• Direction : Alain Aspect
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Quasi-condensats

Atomes froids

Spectroscopie de Bragg

Résumé

Dans ce mémoire nous décrivons une expérience de mesure des fluctuations de phase dans des condensats de Bose-Einstein très allongés. Les condensats de Bose-Einstein sont habituellement décrits comme des objets totalement cohérents. Cela est valable dans le cas de condensats peu anisotropes. En revanche, cela n'est plus exact dans des cas très anisotropes, en particulier pour des condensats très allongés dont les états excités de basse énergie sont 1D, et peuvent donc être très peuplés thermiquement même à basse température. Cette population d'excitations de faible énergie résulte en des fluctuations de la phase, et donc en une réduction de la longueur de cohérence du condensat dans la direction allongée, tandis que son profil de densité n'est pas perturbé. On parle alors de quasi-condensat. Pour mesurer les fluctuations de phase, nous utilisons la spectroscopie de Bragg. Cette méthode donne accès à la distribution en impulsion des atomes du quasi-condensat, et donc par transformée de Fourier, à sa fonction de corrélation. On peut ainsi en déduire sa longueur de cohérence. Nos mesures montrent une distribution en impulsion lorentzienne, dont la largeur augmente avec la température. Cela signifie que nous observons une perte de cohérence, à mesure que la température augmente, en accord quantitatif avec les prédictions théoriques. Nous étudions également le profil de densité des quasi-condensats. Aucune différence avec le cas de condensats cohérents n'a pu être mesurée, ce qui confirme l'absence de fluctuations de densité importantes dans les quasi-condensats.

In this thesis, we present an experiment that measures phase fluctuations in very elongated Bose-Einstein condensates. Bose-Einstein condensates are usually described as fully coherent objects. This is true for condensates with a moderate anisotropy. It is not correct, however, for very elongated condensates, whose low energy excited states are 1D, and thus may be strongly thermally populated even at low temperature. The large population of low energy excitations results in fluctuations of the phase and thus in a reduced coherence length of the condensate along its long direction, while its density profile is not affected. Such a phase fluctuating condensate is called a quasi-condensate. We use Bragg spectroscopy to measure phase fluctuations. This method allows us to measure momentum distribution of atoms in the quasi-condensate. The Fourier transform of the momentum distribution then gives the correlation function whose characteristic decay length is the coherence length of the quasi-condensate. Our measurements show a lorentzian momentum distribution, whose width increases with temperatures. This is evidence for a loss of coherence as temperature increases, in quantitative agreement with theoretical predictions. We also study the density profile of quasi-condensates. No deviation from a true condensate density profile could be measured, confirming the suppression of density fluctuations in quasi-condensates.