Fluctuations de densité dans des gaz de bosons ultafroids quasi-unidimensionnels

Density fluctuations in quasi-one dimensional ultracold bosonic gases

• Auteur / Autrice : Julien Armijo
• Direction : Chris Westbrook
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique quantique
• Date : Soutenance le 02/05/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique de la région parisienne (....-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : lcf-oa
• Jury : Président / Présidente : Christian Chardonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chris Westbrook, Christian Chardonnet, Klaasjan Van Druten, Jakob Reichel, Hélène Perrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Klaasjan Van Druten, Jakob Reichel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonctions de corrélation

Fluctuations (physique)

Condensation de Bose-Einstein

Mots clés libres

Condensation de Bose-Einstein

Puces à atomes

Propriétés thermiques

Gaz 1D

Fluctuations non-gaussiennes

Quasicondensation

Crossover dimensionnel

Antibunching

Fluctuations quantiques

Thermalisation

Interactions fortes

Bose-Einstein condensation

Atom chips

Thermal properties

1D gases

Non-gaussian fluctuations

Quasicondensation

Dimensional crossover

Antibunching

Quantum fluctuations

Thermalization

Strong interactions

Résumé

Cette thèse présente la conception et l'implémentation d'une nouvelle génération de puces à atomes, ouvrant de nouvelles perspectives expérimentales dans des micropièges magnétiques très anisotropes. Les propriétés thermiques des puces en nitrure d'aluminium sont étudiées en détail. Le dispositif a été optimisé pour piéger de plus grands nombres d'atomes et améliorer la qualité de l'imagerie, notamment en fabriquant un miroir de planéité sub-λ/10 à la surface de la puce.Nous étudions des gaz quasi-1D grâce à des images in situ de profils fluctuants et des méthodes précises de calibration et d'analyse statistique. Nous mesurons des fluctuations non-gaussiennes, ce qui permet de tester sensiblement la thermodynamique du gaz et donne une mesure de corrélations à trois corps. Nous étudions précisément la transition de quasicondensation et mesurons pour la première fois sa loi d'échelle. En régime 3D, c'est une condensation transverse qui déclenche la quasicondensation longitudinale, tandis qu'en régime 1D, la formation d'un quasicondensat est gouvernée par les interactions répulsives et non par la dégénérescence quantique.Obtenant des températures record pour des gaz 1D, nous observons des fluctuations subpoissoniennes lorsque les corrélations atomiques sont déterminées, au moins localement, par les fluctuations quantiques qui dominent les fluctuations thermiques. Nous discutons également la thermalisation étonnamment rapide mesurée en régime 1D profond qui suggère que des collisions effectives à 3 corps brisent l'intégrabilité du système.

This thesis presents the design and implementation of a new generation of atom chips, that open novel experimental possibilities with very anisotropic magnetic microtraps. The thermal properties of aluminum nitride atom chips are studied in detail. We have optimized the set-up in order to trap more atoms and image the clouds as precisely as possible. In particular we have fabricated a miror of sub-λ/10 planeity on top of the chip surface.We study quasi-1D gases using in situ pictures of the fluctuating density pro_les and precise methods for their calibration and statistical analysis. We measure non-gaussian fluctuations, which provides a sensitive test of the thermodynamics of the system and gives a measure of three-body correlations. We study precisely the quasicondensation transition, measuring its scaling for the first time. In the 3D regime, a transverse condensation triggers the longitudinal quasicondensation. In the 1D regime, on the contrary, the appearance of a quasicondensate is governed by repulsive interactions only, and not by quantum degeneracy.Reaching record temperatures for 1D gases, we observe subpoissonian fluctuations which indicate that atomic correlations are determined at least locally by quantum rather than thermal fluctuations. We also discuss our observation of surprizingly e_fficient thermalization deep in the 1D regime, suggesting that e_ffective 3-body collisions break the integrability of the system.