Neste trabalho estudamos a absorção cooperativa de dois fótons em processos de colisão entre átomos frios de sódio aprisionados. Efeitos não-lineares exigem amostras de alta densidade para ser observados. Redesenhamos nosso sistema experimental para conseguir amostras de 1012 átomos/cm3. As principais alterações foram a construção de um desacelerador Zeeman em configuração spin-flip, a implementação de bombeamento diferencial entre o forno e a câmara principal, assim como redesenhar o forno. A fim de compreender e melhorar os processos de medição utilizamos a técnica de fotoionização nos estados 32P1/2 e 32P3/2. Com esses dados conseguimos calcular a seção transversal de ionização para cada um desses estados, que está de acordo com valores reportados na literatura. Estes resultados mostram que o novo desenho do sistema permite um grande ponto de partida para a medição da absorção de dois fótons. Uma tentativa de medir a absorção de dois fótons foi feita. Um pequeno aumento no número de íons produzidos por unidade de tempo foi observada em uma região deslocada para o vermelho de cerca de 4,5 GHz de onde inicialmente se esperava ocorrer a transição. Isto motiva a aprofundar o estudo da absorção de dois fótons, já que provavelmente essa medida seja um indício da ocorrência desse fenômeno. Assim, tanto a medição da seção de choque dos estados 32P1/2 e 32P3/2 e a tentativa de medir a absorção de dois fótons, fornecem uma base sólida para conhecer qual é a melhor maneira de obter resultados mais decisivos no que diz respeito à absorção cooperativa de dois fótons, e as vantagens do nosso sistema em futuros experimentos.
Neste trabalho estudamos a absorção cooperativa de dois fótons em processos de colisão entre átomos frios de sódio aprisionados. Efeitos não-lineares exigem amostras de alta densidade para ser observados. Redesenhamos nosso sistema experimental para conseguir amostras de 1012 átomos/cm3. As principais alterações foram a construção de um desacelerador Zeeman em configuração spin-flip, a implementação de bombeamento diferencial entre o forno e a câmara principal, assim como redesenhar o forno. A fim de compreender e melhorar os processos de medição utilizamos a técnica de fotoionização nos estados 32P1/2 e 32P3/2. Com esses dados conseguimos calcular a seção transversal de ionização para cada um desses estados, que está de acordo com valores reportados na literatura. Estes resultados mostram que o novo desenho do sistema permite um grande ponto de partida para a medição da absorção de dois fótons. Uma tentativa de medir a absorção de dois fótons foi feita. Um pequeno aumento no número de íons produzidos por unidade de tempo foi observada em uma região deslocada para o vermelho de cerca de 4,5 GHz de onde inicialmente se esperava ocorrer a transição. Isto motiva a aprofundar o estudo da absorção de dois fótons, já que provavelmente essa medida seja um indício da ocorrência desse fenômeno. Assim, tanto a medição da seção de choque dos estados 32P1/2 e 32P3/2 e a tentativa de medir a absorção de dois fótons, fornecem uma base sólida para conhecer qual é a melhor maneira de obter resultados mais decisivos no que diz respeito à absorção cooperativa de dois fótons, e as vantagens do nosso sistema em futuros experimentos.
Estudamos efeitos ópticos não-lineares em vapores alcalinos, quando níveis de Rydberg estão envolvidos como estados intermediários, quase ressonantes, em processos como: mistura de quatro ondas (MQO), absorção de dois fótons, geração de soma (SF) e diferença de freqüência (DF). Analisamos um processo de MQO, com transições de dois fótons envolvendo níveis de Rydberg do átomo de rubídio, e observamos franjas de interferência no sinal não linear. Neste estudo, mostramos que é possível ter um controle coerente sobre os múltiplos caminhos quânticos acessíveis ao sistema atômico, explorando a dependência do sinal não linear com a polarização dos feixes incidentes. Medimos a visibilidade das franjas observadas e obtivemos valores de 100% para o contraste da interferência, na ressonância de dois fótons com um nível de Rydberg. Os resultados experimentais apresentam um bom acordo com cálculos teóricos, baseados no formalismo da matriz densidade aplicado a um sistema atômico de quatro níveis. A distribuição de população para um átomo de quatro níveis foi calculada no regime estacionário, resolvendo as equações da matriz densidade em ordens superiores nos campos incidentes. Mostramos que uma interferência entre os caminhos quânticos de excitação de um estado atômico pode levar ao cancelamento ou ao aumento da população desse nível, dependendo das polarizações dos lasers incidentes. Estudamos também efeitos transientes, resolvendo a equação de Schrödinger dependente do tempo para um sistema de três níveis na configuração V, e previmos a ocorrência de oscilações de Rabi de dois fótons, e batimentos quânticos nas populações do sistema atômico. Finalmente, medimos pela primeira vez a geração da DF em uma amostra de rubídio em alta densidade, através de um processo proibido por dipolo elétrico, envolvendo níveis de Rydberg. Utilizando o modelo do campo elétrico estático, induzido por fotoionização, como um mecanismo de quebra de simetria, desenvolvemos cálculos teóricos que permitiram prever a forma espacial do sinal não linear gerado, e comparar com os resultados existentes na literatura para a geração de segundo harmônico em vapores atômicos
Neste trabalho, estudamos os mecanismos de descoerência entre níveis fundamentais degenerados de um sistema atômico. Isso foi possível a partir da investigação de espectros de absorção de um feixe de prova, após atravessar um sistema atômico de três níveis na configuração “Lambda" (Ʌ), na presença de um feixe intenso de controle. O sistema atômico considerado era preparado numa superposição coerente de seus estados fundamentais, o “estado escuro", através de processos de bombeamento óptico, possibilitando a observação de um efeito conhecido na literatura como Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT, Electromagnetically Induced Transparency). O efeito de EIT é verificado quando os dois campos estão na condição de ressonância de dois fótons, levando a uma diminuição na absorção dos feixes pelos átomos. Para os experimentos, utilizamos uma células contendo vapor atômico de césio em temperatura ambiente e sondamos a transição hiperfina F = 3 ↔ F’ = 2 pertencente a sua linha D2. O sistema físico real possui degenerescências, mas pode se comportar como um sistema simples de três níveis quando manipulamos adequadamente as polarizações dos feixes incidentes, que em nosso caso possuíam polarizações circulares opostas. Investigamos o comportamento do sinal de EIT com a intensidade do feixe de controle, com o diâmetro dos feixes e com o ângulo formado entre eles. O modelo teórico desenvolvido, considerando um dos feixes muito mais intenso do que o outro, de forma a nos possibilitar tratar o problema de forma perturbativa, nos levou a uma solução aproximada para a equação da coerência que apresentou um bom acordo, qualitativo e quantitativo, com os resultados experimentais.
Neste trabalho, mostramos que é possível suprimir a maioria dos processos inelásticos que podem causar perdas de átomos em armadilhas magneto-ópticas. Nossos resultados revelam que o processo de blindagem óptica (demonstrado pelo nosso grupo, pela primeira vez para o processo de ionização fotoassociativa Phys. Rev. Lett. 73, 1911 (1994)) é bem mais geral do que se supunha. Permitindo, inclusive, a supressão de colisões entre átomos no estado fundamental. E provavelmente qualquer outro processo inelástico que ocorra a curtas distâncias internucleares. Para se chegar a esses resultados, foi necessário desenvolver uma nova técnica de aprisionamento, que permite o estudo de colisões frias, mesmo em armadilhas cujo potencial de confinamento é pequeno. Graças a essa técnica foi possível, pela primeira vez, observar perdas causadas por mudança de estrutura hiperfina, numa armadilha de átomos de sódio operando na linha D1 (carregada a partir de uma célula de vapor). Essa técnica ainda nos permitiu medir a taxa de colisões frias () no trap da linha D1, um dado que até então não existia na literatura. Para verificar a confiabilidade dos resultados obtidos por essa técnica, realizamos também medidas de na linha D2 e comparamos esses resultados com outros existentes na literatura (obtidos por uma técnica diferente). A boa concordância entre esses resultados nos deixa confiantes em dizer que essa técnica, além de ser muito interessante, no estudo de armadilhas rasas (seja isso devido à intensidade dos lasers de aprisionamento, seja devido a natureza própria da armadilha), é também bastante confiável
Neste trabalho, aplicamos a técnica de mistura de quatro ondas para estudar a resposta nãolinear de uma amostra constituída de átomos de Rb, em vapor, com excitações ressonantes por dois e três fótons. As ressonâncias por dois fótons envolvem estados altamente excitados, estados de Rydberg, que podem ser acessados seletivamente, possibilitando uma comparação direta da resposta devido aos diferentes estados nd e (n+2)s, com n variando entre 14 e 20. Neste sistema, investigamos as propriedades do sinal gerado coerentemente em função da intensidade dos feixes incidentes e da densidade atômica. Duas configurações foram estudadas: i) colinear, onde os feixes de excitação incidem na amostra em uma mesma direção, e ii) de feixes cruzados, onde introduzimos um ângulo de cruzamento, q , entre os feixes incidentes. A variação da intensidade do sinal gerado com os números quânticos n e l permite uma clara distinção dos vários caminhos de excitação, incluindo as diferentes contribuições dos níveis de estrutura-fina dos estados 5p e 6p. Na configuração colinear e em altas densidades atômicas dois efeitos são analisados: i) a supressão do sinal gerado na posição da ressonância de três fótons, devido a efeitos de interferência destrutiva entre os campos incidentes e os campos gerados na amostra; e ii) um alargamento no perfil das linhas espectrais correspondentes às ressonâncias de dois fótons, indicando uma contribuição de mecanismos de auto-alargamento. Na configuração de feixes cruzados, investigamos o efeito cooperativo de deslocamento em frequência relacionado à ressonância de três fótons, o qual apresenta uma dependência tanto com a densidade atômica como com a interação com o próprio campo gerado. Mostramos que esses resultados, incluindo os efeitos de deslocamento em frequência e de casamento de fase, podem ser bem descritos por um modelo teórico simples baseado nas equações de Maxwell-Bloch semiclassicas, com um tratamento perturbativo nos campos incidentes. Em particular, obtemos uma estimativa para a seção de choque de auto-alargamento associada às coerências induzidas por dois fótons, bem como, uma boa descrição da dependência com q do deslocamento em frequência cooperativo. A etapa final deste trabalho envolve a montagem e caracterização de uma armadilha magnetoótica de Rb, visando o estudo da interação entre estados excitados a partir da coerência induzida por processos não-lineares.
Introdu çãoO arranjo experiment al mais utilizado para observar o espalhamen to de elétrons por átomos é composto por um feixe colimado de átomos que intercepta um feixe colimado monoenergé tico de elétrons.Se estes tiverem energia suficiente, alguns dos átomos serão excitados durante a colisão, que será entào chamada inelástica.Uma experiência de espalhamen to ideal seria aquela que permitisse determinar completam ente o estado atômico criado no processo de colisào.A observaçào experiment al mais comum deste processo é feita através da medida da secção de choque diferencial.Entretanto, essa grandeza por si só nào é suficiente para descrever completame nte o estado atômico.Por exemplo, ela não discrimina o percentual de população dos subníveis magnéticos do estado excitado.A secção de choque obtida é portanto igual à soma das secções de choque individuais dos processos de excitação para cada subnível magnético.Do ponto de vista.teórico, a. descriçào completa.do sistema.elétron-átom o exige o uso da matriz densidade, pois tanto o feixe de elétrons como o feixe atômico se encontram numa mistura incoerente de estados que nào pode ser descrita por um único vetor de estado.A medida da secção de choque diferencial fornece apenas a soma dos elementos diagonais desta matriz, não contendo nenhuma informaçào sobre os termos de coerências, ou seja, sobre os elementos fora da diagonal.A secção de choque, portanto, nào fornece informação sobre a anisotropia do estado do feixe atômico, que é devida às diferentes populações dos vários subníveis magnéticos , nem sobre os termos de coerência entre os diferentes estados.Nos últimos 25 anos esta situação evoluiu pela aplicaçào, nos processos de colisão elétron-átom o, da técnica de coincidênci a elétron-fóto n [7].Nesta técnica detecta-se, além dos elétrons espalhados, os fótons emitidos no posterior decaimento dos átomos excitados pela colisão.Através da análise dessa radiação é possível extrair informações sobre a anisotropia do estado atômico.Este trabalho tem como objetivo estudar as informações obtidas por experiências de coincidênci a no caso do átomo de sódio.Em particular para as transições 3 2 S ~ 3 2 P, 3 2 D ~ 3 2 P e 3 2 S ~ 3 2 D, causadas por colisão inelástica com elétrons não-polariz ados.Estas escolhas permitem a comparação entre os casos onde os átomos partem de estados sem e com estrutura 1 magnética.As energias dos elétrons incidentes (relativas ao nível energético do estado dos átomos antes da colisão) foram escolhidas na faixa entre 3,63 e 5,10 eV.Nessa faixa ocorrem várias ressonâncias, evidenciadas por uma variaçã.oabrupta do valor da secção de choque diferencial em função da energia [21], [14].Estudaremos a influência dessas ressonâncias para os três casos propostos.Utilizamos neste trabalho um grupo de simetria que este tipo de experiência apresenta, ao qual chamamos RT, constituído pela reflexao no plano de espalhamento e pela inversão temporal.Mostraremos que este grupo é relacionado com a simetria dinâmica apresentada por Lee e Fano [17]-[18] e com a escolha de referenciais feita por Hertel e colaboradores.Este trabalho está estruturado do seguinte modo.No primeiro capítulo, detalharemos a descrição do feixe atômico por meio de uma matriz densidade, mostrando a relação entre seus elementos e as amplitudes de espalhamento.A seguir, no capítulo 2, descreveremos as experiências de coincidência e daremos uma descrição teórica para os seus resultados.Na primeira parte deste capítulo, discutiremos o que são essas experiências, que quantidades se obtém experimentalmente (parâmetros de Hertel e de Fano e Macek) e como relacionar as medidas com os elementos individuais da matriz densidade.Na segunda, apresentaremos as expressões para os parâmetros de Hertel e de Fano e Macek em termos dos elementos da matriz densidade para.os três casos propostos.No capítulo 3, apresentaremos os resultados numéricos, compararemos os três casos, e observaremos os possíveis efeitos da ressonâncias.O estudo detalhado do grupo de simetria utilizado na teoria será feito nos Apêndices C e D. 1 1 1 1 P = Pd + -) (+-I + P2l --) (--I 2 2 2 2 (2) No caso de um feixe atômico no qual haja uma probabilidade Pm para que os átomos sejam encontrados em cada subestado magnético jL m), a matriz densidade (de ordem (2L + 1) x (2L + 1)) é: ' ' ' ' ' ' ' ' Feixe de e l é õ d s incidentes