Le degré élevé de contrôle des atomes ultra-froids a fait de ces systèmes des candidats idéaux pour identifier et mesurer le rôle des fluctuations quantiques. Pour un condensat de Bose-Einstein, les fluctuations quantiques causent la déplétion quantique et conduisent à la correction de Lee-Huang-Yang (LHY) dans l'équation d'état de champ moyen. Récemment, la formation de gouttelette quantique à l'aide de mélange de condensats a été théoriquement prédit et observé expérimentalement. Cette thèse de doctorat s'inscrit dans la continuité de ces études. Nous avons théoriquement étudié l'existence de gouttelette quantique dans le croisement unidimensionnel à tridimensionnel pour le terme LHY. Expérimentalement, nous utilisons un gaz quantique bosonique de potassium 39 qui offre la possibilité de modifier les interactions interatomiques à l'aide de résonances de Feshbach. Ce manuscrit présente deux études expérimentales où nous avons exploré les mélanges de spin couplés de manière cohérente dont les interactions intra spin sont répulsives et inter spin attractives. La première analyse montre la possibilité d'engendrer une interaction attractive à trois corps importante ayant des conséquences importantes sur la dynamique du système. Cette interaction provient de l'affectation du degré de liberté du spineur par l'interaction à deux corps de champ-moyen. Nous étudions finalement dans une configuration expérimentale où les interactions de champ moyen sont annulées, l'équation d'état au-delà du champ moyen d'un condensat à deux composantes couplées de manière cohérente. Nous montrons que la présence du couplage change la dépendance en densité du terme des fluctuations quantiques par rapport au terme de LHY dans le cas non couplé.
Le degré élevé de contrôle des atomes ultra-froids a fait de ces systèmes des candidats idéaux pour identifier et mesurer le rôle des fluctuations quantiques. Pour un condensat de Bose-Einstein, les fluctuations quantiques causent la déplétion quantique et conduisent à la correction de Lee-Huang-Yang (LHY) dans l'équation d'état de champ moyen. Récemment, la formation de gouttelette quantique à l'aide de mélange de condensats a été théoriquement prédit et observé expérimentalement. Cette thèse de doctorat s'inscrit dans la continuité de ces études. Nous avons théoriquement étudié l'existence de gouttelette quantique dans le croisement unidimensionnel à tridimensionnel pour le terme LHY. Expérimentalement, nous utilisons un gaz quantique bosonique de potassium 39 qui offre la possibilité de modifier les interactions interatomiques à l'aide de résonances de Feshbach. Ce manuscrit présente deux études expérimentales où nous avons exploré les mélanges de spin couplés de manière cohérente dont les interactions intra spin sont répulsives et inter spin attractives. La première analyse montre la possibilité d'engendrer une interaction attractive à trois corps importante ayant des conséquences importantes sur la dynamique du système. Cette interaction provient de l'affectation du degré de liberté du spineur par l'interaction à deux corps de champ-moyen. Nous étudions finalement dans une configuration expérimentale où les interactions de champ moyen sont annulées, l'équation d'état au-delà du champ moyen d'un condensat à deux composantes couplées de manière cohérente. Nous montrons que la présence du couplage change la dépendance en densité du terme des fluctuations quantiques par rapport au terme de LHY dans le cas non couplé.
Interaction Réglable de Champ Moyen et au-delà du Champ Moyen pour un Condensat de Bose-Einstein dans un mélange cohérent de spin Cette thèse explore les interactions de champ moyen et au-delà du champ moyen dans un condensat de Bose-Einstein (BEC) à deux composantes de ³⁹K couplé de manière cohérente. Nous établissons d'abord le cadre théorique décrivant la structure atomique du potassium-39, les interactions interatomiques et les résonances de Feshbach. Nous présentons ensuite les théories de champ moyen et les corrections au-delà du champ moyen pertinentes pour les gaz de Bose ultrafroids. Nous décrivons également la physique des systèmes à deux niveaux couplés de manière cohérente, y compris le couplage radiofréquence, les balayages adiabatiques et les longueurs de diffusion dans la base des états habillés. Une grande partie du travail expérimental porte sur le développement d'un système de stabilisation du champ magnétique à haute précision, essentiel pour des mesures fiables et précises dans un BEC à deux composantes. Nous étudions l'énergie d'interaction de champ moyen dans un BEC à deux composantes couplés de manière cohérente, préparé dans l'état habillé, à la fois théoriquement et expérimentalement. Les résultats révèlent des non-linéarités et des effets de saturation en fonction de la densité. Nous explorons ensuite le régime des gouttelettes quantiques, dans le but d'observer des états autoliés stabilisés par les fluctuations quantiques au-delà de l'approximation de champ moyen. Enfin, nous présentons une expérience de tunneling d'un BEC à travers des barrières optiques créées à l'aide d'un dispositif à micromiroirs numériques (DMD) et d'un laser désaccorder vers le bleu, démontrant la transition entre les régimes de l'effet tunnel classique et quantique, ainsi que l'apparition d'interférences de type Fabry-Pérot dans les ondes de matière.
Contrôle des interactions dans des condensats de Bose-Einstein à couplage cohérent Cette thèse étudie la réponse de condensats de Bose-Einstein de mélanges de spins couplés de manière cohérente à travers une large gamme de régimes non linéaires, s'étendant du régime de Rabi profond au régime fortement non linéaire. Du côté théorique, les processus de collision induits et renforcés par un fort couplage cohérent sont analysés dans le cadre d'une approche perturbative. Les canaux d'interaction issus à la fois de processus de champ moyen et au-delà du champ moyen sont identifiés, fournissant une description microscopique des mécanismes par lesquels les interactions à quelques corps contribuent à l'énergie du système à plusieurs corps.Du côté expérimental, un contrôle précis des interactions est obtenu dans un mélange de spins de 39K grâce à une amélioration de la stabilisation du champ magnétique autour de 57 G, le point de fonctionnement du système. Un circuit de compensation feedforward est mis en œuvre afin de supprimer le bruit du champ magnétique, et des mesures de spectroscopie de Ramsey démontrent une réduction d'un facteur douze des fluctuations du champ, correspondant à un niveau résiduel de bruit quadratique moyen de quelques dizaines de SImicroG. Cette stabilité accrue permet des mesures contrôlées de l'équation d'état dépendante de la densité du condensat à deux composantes entraîné de manière cohérente. Lorsque la densité est augmentée, le système présente des régimes d'interaction distincts. Aux faibles densités, l'équation d'état est dominée par des interactions répulsives à deux corps. Aux densités intermédiaires, des contributions à trois corps émergent et deviennent de plus en plus pertinentes. Aux densités plus élevées, l'énergie d'interaction présente un comportement inhabituel de type saturation. Ce comportement reflète l'interaction complexe entre le couplage cohérent et les interactions.
Effets au-delà du champ moyen dans les gaz ultra-froids Les gaz ultrafroids sont des systèmes quantiques bien contrôlables qui sont décrits par un petit ensemble de paramètres. L'idée d'étudier des systèmes avec des forces partiellement attractives et répulsives, ajustées de manière à obtenir une faible valeur de champ moyen, fournit une plateforme intéressante pour étudier divers phénomènes allant au-delà de cette approximation classique : des exemples récents remarquables étant les gouttelettes quantiques et les supersolides dipolaires. Dans ce manuscrit, nous progressons dans la compréhension du diagramme de phase d'un mélange Bose-Bose 1D avec des interactions de contact inter-espèces attractives et intra-espèces répulsives. Ceci nous amène à aborder le problème unidimensionnel de trois bosons avec des interactions à deux et trois corps que nous résolvons analytiquement. Nous développons ensuite la théorie des perturbations pour des systèmes où la valeur de champ moyen est très faible (ou disparait). Nous calculons dans toutes les dimensions la contribution principale au-delà du champ moyen qui représente une interaction effective à trois corps. Nous appliquons particulièrement ce résultat aux dipôles inclinés dans des géométries à quasi-basse dimension. De manière intéressante, nous montrons la cohérence de cette approche perturbative à quelques corps avec celle de Bogoliubov. Enfin, nous présentons un moyen de concevoir une force effective à trois corps utile pour stabiliser certains systèmes bosoniques proche d'une résonance de Feshbach étroite.
Les gaz ultrafroids sont des systèmes quantiques bien contrôlables qui sont décrits par un petit ensemble de paramètres. L'idée d'étudier des systèmes avec des forces partiellement attractives et répulsives, ajustées de manière à obtenir une faible valeur de champ moyen, fournit une plateforme intéressante pour étudier divers phénomènes allant au-delà de cette approximation classique : des exemples récents remarquables étant les gouttelettes quantiques et les supersolides dipolaires. Dans ce manuscrit, nous progressons dans la compréhension du diagramme de phase d'un mélange Bose-Bose 1D avec des interactions de contact inter-espèces attractives et intra-espèces répulsives. Ceci nous amène à aborder le problème unidimensionnel de trois bosons avec des interactions à deux et trois corps que nous résolvons analytiquement. Nous développons ensuite la théorie des perturbations pour des systèmes où la valeur de champ moyen est très faible (ou disparait). Nous calculons dans toutes les dimensions la contribution principale au-delà du champ moyen qui représente une interaction effective à trois corps. Nous appliquons particulièrement ce résultat aux dipôles inclinés dans des géométries à quasi-basse dimension. De manière intéressante, nous montrons la cohérence de cette approche perturbative à quelques corps avec celle de Bogoliubov. Enfin, nous présentons un moyen de concevoir une force effective à trois corps utile pour stabiliser certains systèmes bosoniques proche d'une résonance de Feshbach étroite.
Les gaz d'atomes ultra-froids sont des systèmes à N-corps quantiques extrêmement propres et versatiles qui permettent de revisiter dans un environnement contrôlé des concepts fondamentaux souvent issus de la matière condensée. Dans notre système expérimental, nous travaillons avec des gaz d'atomes de potassium 39, qui sont des bosons et qui offrent la possibilité de modifier à loisir les interactions inter-atomiques grâce à des résonances magnétiques de diffusion, ou résonances de Feshbach. Notre équipe s'intéresse particulièrement à la physique des gaz quantiques en basses dimensions et en présence de désordre. Dans un premier temps, nous présentons l’observation et l’étude de la propagation d'un soliton brillant, une onde de matière 1D en interaction attractive, à travers un potentiel désordonné créé à partir d’une figure de speckle optique. Ce travail constitue la première mise en évidence d’effets non-linéaires sur la propagation d’atomes dans un milieu désordonné. Les limites de l’expérience, notamment en terme d’imagerie et de contrôle des champs magnétiques, ont motivé le design et la construction d’une nouvelle enceinte à vide. La suite du manuscrit est dédiée à la description et la caractérisation du nouveau dispositif expérimental, de sa construction à son utilisation pour la production de condensats de Bose-Einstein. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la localisation d’Anderson d’atomes-froids en présence d’une force constante. La localisation d’Anderson est caractérisée par une suppression de la conductivité sous l’effet du désordre. Dans le cadre des atomes-froids, elle s’explique par la prise en compte de la nature ondulatoire des atomes pendant les processus de diffusion dans le milieu désordonné. Bien qu’à 1D la localisation soit toujours présente, des études théoriques prédisent qu’une force constante appliquée au système modifie de manière drastique les signatures de la localisation (décroissance algébrique de la fonction d’onde) et peut conduire à une délocalisation complète du système. L’étude expérimentale que nous avons menée confirme les prédictions théoriques.
Les gaz d'atomes ultra-froids sont des systèmes à N-corps quantiques extrêmement propres et versatiles qui permettent de revisiter dans un environnement contrôlé des concepts fondamentaux souvent issus de la matière condensée. Dans notre système expérimental, nous travaillons avec des gaz d'atomes de potassium 39, qui sont des bosons et qui offrent la possibilité de modifier à loisir les interactions inter-atomiques grâce à des résonances magnétiques de diffusion, ou résonances de Feshbach. Notre équipe s'intéresse particulièrement à la physique des gaz quantiques en basses dimensions et en présence de désordre. Dans un premier temps, nous présentons l’observation et l’étude de la propagation d'un soliton brillant, une onde de matière 1D en interaction attractive, à travers un potentiel désordonné créé à partir d’une figure de speckle optique. Ce travail constitue la première mise en évidence d’effets non-linéaires sur la propagation d’atomes dans un milieu désordonné. Les limites de l’expérience, notamment en terme d’imagerie et de contrôle des champs magnétiques, ont motivé le design et la construction d’une nouvelle enceinte à vide. La suite du manuscrit est dédiée à la description et la caractérisation du nouveau dispositif expérimental, de sa construction à son utilisation pour la production de condensats de Bose-Einstein. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la localisation d’Anderson d’atomes-froids en présence d’une force constante. La localisation d’Anderson est caractérisée par une suppression de la conductivité sous l’effet du désordre. Dans le cadre des atomes-froids, elle s’explique par la prise en compte de la nature ondulatoire des atomes pendant les processus de diffusion dans le milieu désordonné. Bien qu’à 1D la localisation soit toujours présente, des études théoriques prédisent qu’une force constante appliquée au système modifie de manière drastique les signatures de la localisation (décroissance algébrique de la fonction d’onde) et peut conduire à une délocalisation complète du système. L’étude expérimentale que nous avons menée confirme les prédictions théoriques.