Développement d'une source de condensats de Bose-Einstein pour l'interférométrie atomique

Development of a Bose-Einstein condensate source for atom interferometry

• Auteur / Autrice : Maxime Bordoux
• Direction : Alexandre Gauguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière
• Date : Soutenance le 19/11/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation de Bose-Einstein

Interférométrie atomique

Atomes froids

Mots clés libres

Atomes froids

Condensats

Interférométrie atomique

Métrologie

Cold atoms

Condensates

Atom interferometry

Metrology

Résumé

Mon travail de thèse, réalisé au LCAR, s'inscrit dans le développement de nouveaux interféromètres atomiques fondés sur l'utilisation de condensats de Bose Einstein manipulés par des réseaux optiques. Ces nouveaux interféromètres permettront de surmonter les limites actuelles des interféromètres atomiques, ils sont notamment envisagés pour tester la relativité générale, la QED et de nouveaux modèles en physique des particules. Les études menées pendant ma thèse visent à dimensionner le nouvel interféromètre pour réaliser un test de la neutralité de l'atome grâce à une nouvelle approche fondée sur des mesures de déphasages induits par l'effet Aharonov-Bohm scalaire. Dans ce manuscrit, je présente dans une première partie, le dimensionnement et la réalisation d'une source d'atomes ultra-froids avec une méthode tout optique. Nous partons d'un nuage de 3.10^9 atomes à 20 µK pour arriver à un condensat pur de 2.10^4 atomes. Dans un second temps, je détaille la conception et la réalisation du réseau de diffraction optique. Je présente finalement une autre étude réalisée en parallèle, portant sur le développement d'une puce à atomes de taille millimétrique fabriquée au laboratoire. Les puces atomiques présentent l'avantage d'être compactes, elles requièrent une faible consommation énergétique et permettent d'avoir un taux de cycle rapide. Ainsi cette technologie ouvre de nombreuses perspectives pour d'éventuelles missions embarquées.

My thesis consists in developing a new atom interferometer using Bose Einstein condensate sources. This new interferometer aims to overcome current state of the art sensitivity, and will be used to perform equivalence principle test, quantum electrodynamics, and theories beyond standard model. During my PhD, I designed and built a new interferometer to perform a test of atom electrical neutrality by taking advantage of the scalar Aharanov-Bohm effect. In this manuscript, I present, in a first part, the ultra-cold atom source obtained with an all optical method. An evaporation cooling was performed on a cloud of 3.10^9 atoms with a temperature of 20 µK to end up with a pure condensate of 2.10^4 atoms. In a second time, a laser setup was designed and built to create an optical diffraction lattice. In the meantime, a part of my work also consisted in developing a mesoscopic atom chip. The use of atom chip allows to considerably reduce the dimension of the apparatus, it requires a low electrical power and allows a high duty cycle. Such a technology offers new perspectives regarding space missions.