Nouvelle manifestation de la Violation de la Parité dans l'atome de césium : Un gain optique chiral induit par excitation plane de la transition 6S-7S. Progrès en cours et nouveaux résultats
Nous avons détecté, par émission stimulée, une Violation de la Parité Atomique (VPA) sous forme d'un gain optique chiral dans une vapeur de césium sur la transition 7S-6P_3/2, consécutive à l'excitation pulsée de la transition 6S-7S en lumière polarisée plane. Nous démontrons la validité de cette méthode de détection de la VPA en présentant les résultats d'une première campagne de mesures atteignant la précision de 8%, résultats de signe et grandeur attendus. Nous soulignerons les nombreux avantages de cette toute nouvelle approche qui exploite la symétrie cylindrique du montage. Nous présenterons les améliorations en cours visant à une précision au niveau du pourcent capable de fournir un recoupement important du seul résultat plus précis existant, obtenu par une méthode différente.
Nous avons détecté, par émission stimulée, une Violation de la Parité Atomique (VPA) sous forme d'un gain optique chiral dans une vapeur de césium sur la transition 7S-6P_3/2, consécutive à l'excitation pulsée de la transition 6S-7S en lumière polarisée plane. Nous démontrons la validité de cette méthode de détection de la VPA en présentant les résultats d'une première campagne de mesures atteignant la précision de 8%, résultats de signe et grandeur attendus. Nous soulignerons les nombreux avantages de cette toute nouvelle approche qui exploite la symétrie cylindrique du montage. Nous présenterons les améliorations en cours visant à une précision au niveau du pourcent capable de fournir un recoupement important du seul résultat plus précis existant, obtenu par une méthode différente.
Nous avons détecté, par émission stimulée, une Violation de la Parité Atomique (VPA) sous forme d'un gain optique chiral dans une vapeur de césium sur la transition 7S-6P_3/2, consécutive à l'excitation pulsée de la transition 6S-7S en lumière polarisée plane. Nous démontrons la validité de cette méthode de détection de la VPA en présentant les résultats d'une première campagne de mesures atteignant la précision de 8%, résultats de signe et grandeur attendus. Nous soulignerons les nombreux avantages de cette toute nouvelle approche qui exploite la symétrie cylindrique du montage. Nous présenterons les perspectives de mesures au niveau du pourcent capables de fournir un recoupement important du seul résultat plus précis existant, obtenu par une méthode différente.
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.
Chaines d'atomes uniques de dysprosium dans des pinces optiques pour étudier la diffusion collective de la lumière Cette thèse porte sur la construction d'une expérience de pinces optiques avec des atomes de dysprosium pour étudier les interactions induites par la lumière.Le but est d'étudier des situations dans laquelle le champ électrique rayonné par un atome lorsqu'il se désexcite peut influencer un autre atome proche.Le travail présenté ici montre que les techniques développées pour imager et manipulerdes atomes individuels dans des pinces optiques peuvent fournir de nouveaux outils expérimentaux pour étudier le problème de la diffusion collective de la lumière.Une première partie de la thèse consiste en la conception et la construction d'une expérience de pinces optiques utilisant pour la première fois des atomes de dysprosium. Une fois le système construit, nous avons caractérisé le comportement des atomes de dysprosium dans les pinces optiques.En particulier, nous avons mesuré l'influence de la polarisation de la lumière du piège sur la polarisabilité de l'atome.Grâce à ces mesures, nous avons montré l'existence d'une polarisation magique qui rend possible l'imagerie non-destructive d'atomes uniques de dysprosium avec haute fidélité.Une fois ce but atteint, nous avons réalisé de premières expériences de diffusion de la lumière sur des ensembles atomiques ordonnés réalisés avec des pinces optiques.Pour ce faire, nous avons développé une technique de détection de l'état interne d'un atome unique sur une transition optique en utilisant la structure riche de l'atome de dysprosium.Grâce à cette technique, nous avons étudié comment le champ électrique rayonné par un atome sur un autre influence la mesure de la fréquence de la transition.Nous avons observé le décalage collectif du spectre en régime stationnaire dans l'approximation de dipôles rayonnants classiques.Nous avons ensuite mesuré l'influence de ces interactions sur la spectroscopie de Ramsey.Cette situation ne peut être décrite dans une approximation classique et il est nécessaire de tenir compte de la discrétisation de l'état interne des atomes.Nous faisons également le lien entre les résultats obtenus dans ce régime et la limiteclassique.
Les atomes de Rydberg sont des atomes portés dans un état de grand nombre quantique principal, et dont l'électron de valence orbite très loin du noyau. Cet éloignement confère aux atomes de Rydberg des propriétés hors-normes par rapport aux atomes ordinaires, grâce auxquelles ils sont devenus le cœur de nombreux développements et applications de la physique quantique expérimentale moderne. En particulier, ils possèdent des transitions dans les domaines radiofréquence (RF) et terahertz (THz) avec de très grands éléments de matrice, qui les rendent extrêmement sensibles aux champs électromagnétiques dans ces domaines de fréquences. Cela a conduit il y a une dizaine d'années à l'émergence une nouvelle technologie de capteurs de champs RF et THz, dans lesquels l'amplitude du champ est mesurée en faisant la spectroscopie, avec un signal de transparence électromagnétiquement induite, du doublet Autler-Townes induit par l'interaction entre le champ et les états de Rydberg des atomes d'une vapeur chaude. De tels capteurs offrent plusieurs avantages intéressants par rapport aux antennes classiques, parmi lesquels une meilleure sensibilité, une plus large gamme de fréquences accessibles, une taille indépendante de la fréquence du champ mesuré, un besoin en calibration fortement réduit, et la possibilité de mesurer en plus de l'amplitude la phase et la polarisation. Tous ces avantages font des capteurs à base d'atomes de Rydberg de très bons candidats pour des applications de type télécommunications, radar, spatial, etc. Actuellement, ces capteurs font l'objet d'une multitude de travaux et d'évolutions visant à améliorer leurs performances en termes de sensibilité, d'exactitude, de bande passante de mesure, ou de résolution spatiale. L'usage d'atomes froids au lieu de vapeurs chaudes constitue pour cela une piste prometteuse, d'une part en raison de leur meilleure cohérence et de leur effet Doppler fortement réduit, et d'autre part car ils se prêtent à d'autres formes de spectroscopie potentiellement plus robustes sur certains aspects. La présente thèse porte sur l'étude expérimentale d'une nouvelle approche pour la métrologie de champs RF avec des atomes de Rydberg froids, basée sur la spectroscopie de déplétion de piège. Elle consiste à faire interagir avec le champ RF un ensemble d'atomes de ⁸⁷Rb refroidis et confinés dans un piège magnéto-optique, et à sonder le doublet Autler-Townes induit par le champ à l'aide d'un effet de déplétion du piège. Le mécanisme responsable des pertes est l'ionisation des atomes sous l'action du rayonnement de corps noir ambiant. Cette étude s'est appuyée sur la réalisation complète d'un dispositif expérimental permettant de mettre en œuvre la spectroscopie de déplétion. Malgré une faible bande passante de mesure, la méthode proposée ici a démontré une linéarité inférieure à 2%, une sensibilité de l'ordre de 250 µV/cm/Hz1/2, ainsi qu'une absence de dérives sur plusieurs heures d'intégration avec une résolution de l'ordre de 5 µV/cm. Elle offre également une plus grande simplicité de mise en œuvre que d'autres approches utilisant des atomes froids, et permet en principe de déterminer à la fois la fréquence et l'amplitude du champ. Dans ce manuscrit, nous décrirons le principe, le montage et la mise en œuvre de notre dispositif expérimental, nous présenterons les résultats des mesures effectuées grâce à lui, puis nous en analyserons les performances métrologiques, les avantages et les limites.
Les atomes de Rydberg sont des atomes portés dans un état de grand nombre quantique principal, et dont l'électron de valence orbite très loin du noyau. Cet éloignement confère aux atomes de Rydberg des propriétés hors-normes par rapport aux atomes ordinaires, grâce auxquelles ils sont devenus le cœur de nombreux développements et applications de la physique quantique expérimentale moderne. En particulier, ils possèdent des transitions dans les domaines radiofréquence (RF) et terahertz (THz) avec de très grands éléments de matrice, qui les rendent extrêmement sensibles aux champs électromagnétiques dans ces domaines de fréquences. Cela a conduit il y a une dizaine d'années à l'émergence une nouvelle technologie de capteurs de champs RF et THz, dans lesquels l'amplitude du champ est mesurée en faisant la spectroscopie, avec un signal de transparence électromagnétiquement induite, du doublet Autler-Townes induit par l'interaction entre le champ et les états de Rydberg des atomes d'une vapeur chaude. De tels capteurs offrent plusieurs avantages intéressants par rapport aux antennes classiques, parmi lesquels une meilleure sensibilité, une plus large gamme de fréquences accessibles, une taille indépendante de la fréquence du champ mesuré, un besoin en calibration fortement réduit, et la possibilité de mesurer en plus de l'amplitude la phase et la polarisation. Tous ces avantages font des capteurs à base d'atomes de Rydberg de très bons candidats pour des applications de type télécommunications, radar, spatial, etc. Actuellement, ces capteurs font l'objet d'une multitude de travaux et d'évolutions visant à améliorer leurs performances en termes de sensibilité, d'exactitude, de bande passante de mesure, ou de résolution spatiale. L'usage d'atomes froids au lieu de vapeurs chaudes constitue pour cela une piste prometteuse, d'une part en raison de leur meilleure cohérence et de leur effet Doppler fortement réduit, et d'autre part car ils se prêtent à d'autres formes de spectroscopie potentiellement plus robustes sur certains aspects. La présente thèse porte sur l'étude expérimentale d'une nouvelle approche pour la métrologie de champs RF avec des atomes de Rydberg froids, basée sur la spectroscopie de déplétion de piège. Elle consiste à faire interagir avec le champ RF un ensemble d'atomes de ⁸⁷Rb refroidis et confinés dans un piège magnéto-optique, et à sonder le doublet Autler-Townes induit par le champ à l'aide d'un effet de déplétion du piège. Le mécanisme responsable des pertes est l'ionisation des atomes sous l'action du rayonnement de corps noir ambiant. Cette étude s'est appuyée sur la réalisation complète d'un dispositif expérimental permettant de mettre en œuvre la spectroscopie de déplétion. Malgré une faible bande passante de mesure, la méthode proposée ici a démontré une linéarité inférieure à 2%, une sensibilité de l'ordre de 250 µV/cm/Hz1/2, ainsi qu'une absence de dérives sur plusieurs heures d'intégration avec une résolution de l'ordre de 5 µV/cm. Elle offre également une plus grande simplicité de mise en œuvre que d'autres approches utilisant des atomes froids, et permet en principe de déterminer à la fois la fréquence et l'amplitude du champ. Dans ce manuscrit, nous décrirons le principe, le montage et la mise en œuvre de notre dispositif expérimental, nous présenterons les résultats des mesures effectuées grâce à lui, puis nous en analyserons les performances métrologiques, les avantages et les limites.
Cette thèse traite des interactions entre des photons guidés par une nanofibre optique et des réseaux d'atomes piégés. Notre montage expérimental consiste en un piège dipolaire bicolore compensé, généré dans le champ évanescent d'une nanofibre et permettent de piéger des atomes de césium de part et d'autre de la fibre. Une épaisseur optique de plus de 130 est obtenue avec quelques milliers d'atomes seulement. Nous démontrons la capacité de préparer les atomes piégés dans un sous-niveau Zeeman unique, bien qu'avec une efficacité limitée. Cette étape est importante pour la réalisation de mémoires quantiques avec de longs temps de vie avec notre plateforme fibrée. Le résultat principal que nous présentons est la réalisation d'une excitation collective unique dans l'ensemble d'atomes. L'excitation est annoncée par la détection d'un photon émis dans le mode guidé. Nous sommes alors capables de lire l'état atomique et récupérer un photon unique dans le mode guidé avec une efficacité jusqu'à 25%. Ce résultat consiste en une première démonstration d'un état atomique intriqué, couplé préférentiellement à un guide d'onde, une étape importante dans le contexte de l’électrodynamique quantique avec des guides d'ondes.