Amplifications de champs atomiques par émission stimulée d'atomes

Erwan Jahier

Nous étudions les performances et limites de cellules à césium en saphir pour une expérience de physique atomique visant à une mesure précise d'un effet de violation de parité (PV) associé à l'échange du boson Zo dans l'atome de césium. Une telle mesure permet un test à très basse énergie du modèle standard électrofaible. Il s'agit d'une expérience pompe-sonde sur le système 6S1/2-7S1/2-6P3/2, menée en régime impulsionnel, dans une vapeur dense de césium (2.10^14 atomes/cm3), soumise à un champ électrique E= (2kV/cm) statique à l'échelle des impulsions laser. Dans la configuration étudiée avant cette thèse (champ E appliqué selon la direction de propagation des faisceaux) les cellules en saphir ont permis de dépasser plusieurs limites rencontrées auparavant avec les cellules en verre: (i) totale immunité des fenêtres aux conditions de l'expérience (ii) destruction thermique des dimères Cs2 en surchauffant la vapeur (iii) production désormais possible du champ E dans la cellule avec des électrodes externes, attestant la réduction des courants surfaciques internes. Il apparaît cependant une émission d'électrons par les fenêtres, induite par l'impulsion laser d'excitation, et on met en évidence une multiplication des charges au cours de leur accélération dans le champ électrique. Les perturbations associées à la charge d'espace et au courant électronique limitent actuellement la précision des moyennages PV dans cette configuration. Nous avons ensuite exploré une nouvelle configuration expérimentale, où le champ électrique est perpendiculaire aux faisceaux. Cela a été réalisable facilement avec l'utilisation d'électrodes externes, exploitables avec les cellules en saphir. Les premières études expérimentales ont permis de dégager les conditions de mesure et de calibration d'orientations atomiques longitudinale et transverse (en utilisant la précession de Larmor) dans l'état 7S, par polarimétrie pompe-sonde impulsionnelle, en exploitant la détection par émission stimulée. Nous avons par ailleurs mis en oeuvre une mesure atomique in situ du champ électrique, utilisable dans les deux configurations expérimentales. Cette mesure est indispensable pour exploiter les mesures PV en configuration longitudinale.

Michel Bayet

Jean Dalibard

Ce travail est consacré à l'étude de la modification de la dynamique d'un atome induite par le couplage de cet atome avec le rayonnement. Nous commençons par étudier la dynamique atomique interne, et nous montrons qu'il est possible de séparer, pour les différents processus radiatifs (émission spontanée, déplacement de Lamb, ...), la contribution des fluctuations du vide et de la réaction de rayonnement. Nous étudions ensuite la dynamique externe de l'atome dans une onde électromagnétique. Partant de l'analogie profonde entre ce problème et celui du mouvement Brownien, nous montrons qu'il est possible d'établir, pour l'évolution de la fonction de Wigner atomique, une équation de Fokker-Planck-Kramers. Les différents termes de cette équation, force stationnaire, force de friction, coefficient de diffusion de l'impulsion atomique, sont interprétés physiquement en termes de processus d'absorption et d'émission (stimulée ou spontanée) de photons par l'atome. Le cas particulier du mouvement atomique dans une onde laser stationnaire intense est étudié en détail, et nous montrons, théoriquement et expérimentalement, qu'un tel système peut conduire à un refroidissement très efficace des atomes. Nous abordons enfin le problème du piégeage radiatif d'atomes neutres, et nous présentons plusieurs propositions originales pour confiner de manière stable des atomes à l'aide de faisceaux laser.

Claude N. Cohen-Tannoudji

J. Leite Lopes

Henri Benoit

On calcule la forme de raie d'absorption ou d'émission en R. M. N. lorsque l'amortissement par rayonnement cohérent est notable. Mais contrairement à la situation habituelle, les passages par la résonance en balayant le champ magnétique directeur ou la fréquence d'excitation ne sont pas équivalents et sont étudiés séparément. En particulier, le second mode de balayage met en évidence la bande passante de l'amplification du type Maser lorsque l'on observe l'émission stimulée. Les prévisions théoriques sont comparées avec les résultats expérimentaux obtenus dans des champs directeurs de l'ordre du gauss. Les mêmes équations ont aussi permis de calculer la plage d'accrochage et l'entraînement de fréquence lorsque le système fonctionne en auto-oscillateur du type « maser ».