Um detector de catodo quente é construído. As características de operação foram medidas e estabelecido o ponto ótimo de operação na detecção de átomos de sódio. Uma aplicação do detector desenvolvido foi feita com experimentos de deflexão de feixe atômico por luz. Os casos para deflexão por onda caminhante e onda estacionária foram investigados. A dependência com a dessintonia entre a freqüência do laser ω∫ e a freqüência da transição 3S1/2 (F=2, m=2) → 3P3/2 (F=3, m=3) do átomo de sódio foi analisada para todos os casos.
Um detector de catodo quente é construído. As características de operação foram medidas e estabelecido o ponto ótimo de operação na detecção de átomos de sódio. Uma aplicação do detector desenvolvido foi feita com experimentos de deflexão de feixe atômico por luz. Os casos para deflexão por onda caminhante e onda estacionária foram investigados. A dependência com a dessintonia entre a freqüência do laser ω∫ e a freqüência da transição 3S1/2 (F=2, m=2) → 3P3/2 (F=3, m=3) do átomo de sódio foi analisada para todos os casos.
Um detector de catodo quente é construído. As características de operação foram medidas e estabelecido o ponto ótimo de operação na detecção de átomos de sódio. Uma aplicação do detector desenvolvido foi feita com experimentos de deflexão de feixe atômico por luz. Os casos para deflexão por onda caminhante e onda estacionária foram investigados. A dependência com a dessintonia entre a freqüência do laser ω∫ e a freqüência da transição 3S1/2 (F=2, m=2) → 3P3/2 (F=3, m=3) do átomo de sódio foi analisada para todos os casos.
Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime.
Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime.
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
O segundo é uma unidade fundamental do Sistema Internacional de Unidades (SI), atualmente definida a partir da frequência da transição hiperfina do estado fundamental do átomo de césio-133. A elevada precisão associada a essa definição constitui a base dos padrões modernos de tempo e frequência, sendo essencial para diversas tecnologias que exigem sincronização rigorosa, como sistemas de navegação por satélite, telecomunicações e metrologia de precisão. Apesar do desempenho metrológico alcançado por relógios atômicos primários, como os do tipo chafariz, esses sistemas apresentam elevada complexidade experimental, grandes dimensões físicas e baixa portabilidade, o que motiva a busca por arquiteturas mais compactas e robustas. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e a caracterização de um sistema de resfriamento e aprisionamento de átomos frios de césio, com foco em aplicações em relógios atômicos compactos. O sistema desenvolvido emprega técnicas de desaceleração e resfriamento utilizando uma configuração de feixe único refletido em uma cavidade cônica de espelhos para a geração dos feixes contrapropagantes necessários à arquitetura de armadilha magneto-óptica (MOT). Essa abordagem permite a redução significativa do número de componentes ópticos, simplificando o alinhamento experimental e favorecendo a compactação do sistema. Foram implementados e caracterizados os subsistemas ópticos, eletrônicos e de vácuo necessários à operação contínua da armadilha. Como resultado, foi obtida experimentalmente uma nuvem de átomos frios de césio aprisionados, evidenciando o correto funcionamento do sistema proposto e sua viabilidade como fonte de átomos frios. Os resultados demonstram que a arquitetura desenvolvida constitui uma plataforma promissora para a integração de estágios subsequentes, como o resfriamento Doppler e a interrogação por micro-ondas, visando à implementação futura de um relógio atômico compacto e transportável. Este trabalho contribui, assim, para o avanço de tecnologias quânticas aplicadas à metrologia de tempo e frequência.
Neste trabalho, abordamos o desenvolvimento de um sistema experimental para resfriamento laser e aprisionamento magneto-optico de atomos de calcio, o desenvolvimento de fontes laser empregadas nesse sistema, bem como estudos espectroscopicos de transicoes desse elemento em descargas eletricas de catodo oco. No caso do calcio, a transicao optica mais eficiente para a manipulacao do movimento dos atomos por pressao de radiacao e a 1 S0-1 P1 em 423 nm. Uma das fontes de radiacao laser que desenvolvemos para esse comprimento de onda consiste de um laser de Ti:Safira estabilizado e duplicado em frequencia. A frequencia desse laser e travada a ressonância de uma cavidade de Fabry-Perot de referencia.
O segundo harmonico do laser e gerado por conversao nao-linear em um cristal de niobato de potassio situado em uma cavidade externa de amplificacao. Investigamos o uso de lâmpadas de catodo oco de calcio como ferramentas espectroscopicas de alta resolucao. A variacao na impedância da descarga eletrica que ocorre com a excitacao laser, o efeito optogalvânico, e uma tecnica de alta sensibilidade que simplifica consideravelmente a deteccao e a sintonia em transicoes atomicas muito fracas como a 1 S0-3 P1 em 657 nm. O sistema de resfriamento e aprisionamento de atomos de calcio e o ultimo topico abordado neste trabalho. Nesse sistema, atomos provenientes de um feixe atomico termico sao resfriados pela tecnica de desaceleracao Zeeman e entao capturados em uma armadilha magneto-optica. Empregamos um esquema alternativo de desaceleracao Zeeman que usa um feixe laser com a mesma frequencia dos feixes da armadilha. Estudamos a variacao do numero estacionario de atomos aprisionados com varios parâmetros, como o gradiente de campo magnetico, a dessintonia e a intensidade dos feixes laser de aprisionamento e desaceleracao. Analisamos tambem a evolucao temporal do numero de atomos aprisionados. Esse estudo mostrou que o tempo de armazenamento na armadilha e limitado por perdas devido ao bombeamento optico de niveis metaestaveis do calcio. Essas perdas por bombeamento optico sao muito maiores do que as perdas decorrentes de colisoes binarias entre os atomos frios. Nesse regime, o comportamento nao-exponencial do numero de atomos torna-se muito dificil de ser observado. Todavia, constatamos que e possivel extrair informacoes relativas a taxa de perdas por colisoes frias comparando as constantes de tempo exponenciais das curvas de carga e descarga
Abstract