Étude de l’effet des distorsions du front d’onde dans un interféromètre atomique avec un condensat de Bose-Einstein

Study of the effect of wavefront distortions in an atom interferometer with a Bose-Einstein condensate

• Auteur / Autrice : Corentin Carrez
• Direction : Saïda Guellati-Khelifa, Pierre Cladé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/07/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Schwob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Pereira Dos Santos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémy Battesti, Daniel Comparat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation de Bose-Einstein

Atomes froids

Interférométrie atomique

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteurs quantiques

Atomes froids

Interférométrie atomique

BEC

Quantum sensors

Cold Atoms

Atom Interferometery

BEC

Résumé

La constante de structure fine α est une grandeur au cœur des tests de véracité du Modèle Standard : elle permet d'obtenir une valeur théorique de l'anomalie du moment magnétique de l'électron qui est comparée à une valeur expérimentale. Nous déterminons α par une mesure du rapport h/m entre la constante de Planck et la masse d’un atome de rubidium 87. Pour réduire certains effets systématiques majoritairement responsables de l'incertitude sur la mesure réalisés en 2020 par notre équipe, nous avons utilisé une nouvelle source atomique : un condensat de Bose-Einstein. Nous avons particulièrement fiabilisé la production de ce condensat en améliorant le contrôle tant physique qu'informatique afin d'obtenir un nuage de 200 000 atomes à 100 nK en 3,5 secondes. Nous avons ensuite étudié les interactions propres et mutuelles dans un condensat. Elles induisent un déphasage et un gradient de phase en sortie d'interféromètre qui dépendent des paramètres expérimentaux. Cette étude a été réalisée à l'aide d'un système d'imagerie par absorption par caméra dont nous avons au préalable étudié le bruit. Ma contribution principale porte sur la comparaison de la mesure de h/m par interférométrie atomique entre une mélasse optique et un condensat. J'ai mis en évidence une différence liée aux effets de distorsion du front d'onde qui rendent la valeur obtenue avec le condensat instable. Ce manuscrit présente une étude préliminaire de cet effet en utilisant le condensat pour sonder les défauts locaux du front d'onde.

The fine structure constant α is a quantity at the heart of the tests of the Standard Model: it allows to obtain a theoretical value of the electron magnetic moment anomaly which is compared to an experimental value. We determine α by a measurement of the ratio h/m between the Planck constant h and the rubidium 87 mass m. To reduce some systematic effects mainly responsible for the uncertainty on the measurement realized in 2020, we used a new atomic source: a Bose-Einstein condensate. We have particularly enhanced the production of this condensate by improving the physical and computer control in order to obtain a cloud of 200 000 atoms at 100 nK in 3.5 seconds. We then studied the proper and mutual interactions in a condensate that induce a phase shift as well as a phase gradient, and their dependencies to the experimental parameters. This study was performed using a camera absorption imaging system whose noise was previously studied. My main contribution concerns the comparison of the h/m measurement by atomic interferometry between an optical molasse and a condensate. I have highlighted a difference related to the wavefront distortion effect which makes the value obtained with the condensate unstable. This manuscrit present a preliminary study of this effect in which the condensate is used to probe the local defects of the wavefront.