Gaz unidimensionnels avec interactions accordables

Unidimensional gas with tunable interactions

• Auteur / Autrice : Joseph Seaward
• Direction : Hélène Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 20/11/2020
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Chénais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juliette Billy, Maxim Olshanii, Aurélien Perrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carlos L. Garrido Alzar, Patrizia Vignolo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie atomique

Théorie quantique

Atomes froids

Mots clés libres

Atomes froids

Résonance de Feshbach

Transport magnétique

Théorie ergodique

Cold atoms

Feshbach resonance

Magnetic transport

Ergodic theory

Résumé

Cette thèse traite d’une expérience visant à confiner des atomes de sodium dans un piège magnétique très anisotrope créé par une puce à atomes. La puce contient un guide micro-onde : nous prévoyons en effet d’utiliser une résonance de Feshbach dans le domaine microonde, encore jamais observée, pour contrôler la force des interactions entre atomes et explorer les régions du diagramme de phase d’un gaz unidimensionnel (1D). Un gaz 1D présente des corrélations dans ses fluctuations de densité. Pour les observer, il faut accumuler des données de nombreuses réalisations du gaz, ainsi l’expérience est conçue pour atteindre des taux de répétition élevés. Pour cela, la zone de préparation initiale du nuage est placée à distance de l’enceinte à vide contenant la puce atomique et le nuage froid est transporté via une chaîne de bobines de piégeage magnétique. Nous avons optimisé le transport dans ces bobines afin de pouvoir transporter un nuage sur 30 cm en 600 ms tout en conservant plus de 80% des atomes. Les données sur le gaz sont obtenues par imagerie. Nous présentons trois objectifs pour imager le nuage dans trois conditions différentes : avant, pendant et après la phase de piégeage par la puce. Une deuxième partie présente des travaux théoriques sur les “compteurs de parité” pour les systèmes dynamiques, permettant d’établir le caractère ergodique du système. Ce travail s’inspire d’un système de billards triangulaires, qui peuvent coder certains systèmes 1D. Nous étudions le comportement d’un compteur pour un système plus simple, les rotations irrationnelles, et trouvons les propriétés de croissance que l’on peut attendre pour tous les compteurs de parité.

This thesis treats an experiment which aims to confine sodium atoms in an elongated magnetictrap generated by an atom chip. The chip contains a microwave guide : we intend to findand use a novel Feshbach resonance to tune the atoms’ interaction strength and explore thedifferent regions of a one-dimensional (1-D) gases’ phase diagram. A 1-D gas is characterizedby correlations in density fluctuations. To see these, we must take data over many samples ofthe gas, so steps were taken to increase the repetition rate. To that end, the initial cooling ofthe gas takes place in a chamber far from the atom chip and a cold cloud is transported viaa chain of magnetic trap coils. We have optimized the transport in these coils so that we cantransport a cloud 30 cm in 600 ms while keeping over 80% of the atoms. Data about the gasis obtained via imaging. This thesis presents three objectives for imaging the cloud in threedifferent conditions : before, during, and after it is in the trap generated by the chip. The second part presents preliminary theoretical work on “parity counters” for dynamicalsystems. The goal is to use these counters to answer questions of ergodicity. This work wasinspired by triangular billiards which can encode 1-D systems. We study a counter for asimpler system, irrational rotations, and find properties of the growth that can be expected in all parity counters.