Avancement du projet MIGA vers des mesures de strain de gravité par interférométrie atomique

Progress of the MIGA project toward gravity strain measurements with atom interferometry

• Auteur / Autrice : Joseph Junca
• Direction : Philippe Bouyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 15/04/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Saïda Guellati-Khelifa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bouyer, Saïda Guellati-Khelifa, Nelson Christensen, Jason Hogan, Juliette Billy, Naceur Gaaloul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nelson Christensen, Jason Hogan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Résonateurs optiques

Réseau de Bragg

Interférométrie atomique

Atomes froids

Mots clés libres

Atomes froids

Strain de gravité

Interferométrie atomique

Diffraction de Bragg

Résonateur optique

Mesure inertielle

Cold atoms

Gravity strain

Atom interferometry

Bragg diffraction

Optical resonator

Inertial sensing

Résumé

Le projet MIGA se trouve a mi-chemin entre la physique atomique et l'astronomie par ondes gravitationnelles. Basée sur la technologie d'interférométrie atomique, ce projet ambitieux vise à construire un strainmeter de gravité sous-terrain, dans le laboratoire à bas bruit LSBB. Au coeur d'un laboratoire essentiellement dédié à la géophysique, MIGA complémentera le réseau de capteurs déjà en place tout en servant de banc d'essai pour étudier la possibilité de construire un détecteur d'ondes gravitationnelles à basse fréquence basée sur l'interférométrie atomique.Ce manuscrit présente des travaux théoriques et expérimentaux apportant des éléments de compréhension, plus ou moins indépendants, participant à l'avancement du projet.Dans un premier temps, nous estimons, par une étude théorique, l'amplitude du strain de gravité que l'on peut attendre sur le site de construction de l'instrument et étudions leur détectabilité par l'instrument MIGA.Dans un deuxième temps nous présentons l'architecture et le principe de fonctionnement du principal organe de MIGA qui est constituté d'une source d'atomes froids de Rubidium 87 et d'un système laser associé, puis nous présentons sa caractérisation expérimentale.Profitant des performances de la source d'atomes froids, la dernière partie du manuscrit démontre l'obtention d'interférences atomiques sensibles aux effets inertiels, utilisant des transitions de Bragg d'ordre élevé, réalisées grâce au champ lumineux résonant dans un résonateur optique.

The MIGA project lies at the crossroad between atomic physics and gravitational wave astronomy. Based on atom interferometry, this ambitious project aims at building a gravity strainmeter underground in the low noise laboratory LSSB. Immersed in a facility dedicated to geophysics, MIGA will complement the sensor network already deployed on site as well as being a test bench to study the feasibility of building a low frequency gravitational wave detector based on atom interferometry.This manuscript presents theoretical and experimental works, more or less independent, that bring understanding to the whole project.We first estimate the amplitude of gravity strain to be expected on the building site and study their detectability by the MIGA instrument.We then present the functioning of the core of the instrument that is a 87Rb cold atom source and its laser system and their experimental characterization.Taking advantage of the atom source capabilities, the last part of the manuscript demonstrates Bragg interferometry inside a wide waist optical resonator.