Dentro as técnicas de controle do movimento atômico utilizando pressão de radiação, aprisionamento tem merecido maior destaque por produzir amostras de átomos mais frios (temperaturas da ordem de μK), com altas densidades e confinadas em pequenas regiões do espaço. Devido a essas motivações, tem sido grande o esforço para desenvolver e caracterizar estas armadilhas atômicas. Uma das mais eficientes armadilhas de átomos neutros construídas até agora é a armadilha magneto-óptica. O átomo uma vez capturado por este tipo de armadilha passa por um intenso processo de desaceleração via efeito Doppler e acaba por ficar confinado no poço de potencial gerado pela interação com o campo magnético. O número e a densidade de átomos aprisionados, o tamanho da nuvem e o processo de carga possuem forte dependência com os parâmetros da armadilha, tais como: Este trabalho trata da caracterização de uma armadilha deste tipo para átomos de sódio através de um estudo sistemático para descobrir as condições de sua melhor performance. Paralelamente a este estudo, desenvolvemos modelos teóricos para entender em detalhe os processos de produção dessas nuvens de átomos aprisionados e as forças envolvidas neste tipo de material que é esse gás super resfriado.
Dentro as técnicas de controle do movimento atômico utilizando pressão de radiação, aprisionamento tem merecido maior destaque por produzir amostras de átomos mais frios (temperaturas da ordem de μK), com altas densidades e confinadas em pequenas regiões do espaço. Devido a essas motivações, tem sido grande o esforço para desenvolver e caracterizar estas armadilhas atômicas. Uma das mais eficientes armadilhas de átomos neutros construídas até agora é a armadilha magneto-óptica. O átomo uma vez capturado por este tipo de armadilha passa por um intenso processo de desaceleração via efeito Doppler e acaba por ficar confinado no poço de potencial gerado pela interação com o campo magnético. O número e a densidade de átomos aprisionados, o tamanho da nuvem e o processo de carga possuem forte dependência com os parâmetros da armadilha, tais como: Este trabalho trata da caracterização de uma armadilha deste tipo para átomos de sódio através de um estudo sistemático para descobrir as condições de sua melhor performance. Paralelamente a este estudo, desenvolvemos modelos teóricos para entender em detalhe os processos de produção dessas nuvens de átomos aprisionados e as forças envolvidas neste tipo de material que é esse gás super resfriado.
Dentre as tecnicas de controle do movimento atomico utilizando pressao de radiayao, aprisionamento tern merecido maior destaque por produzir amostras de atomos mais frios (temperaturas da ordem de mK), com altas densidades e confinadas em pequenas regioes do espayo.Devido a essas motivayoes, temsido grande 0 esforyo para desenvolver e caracterizar estas armadillias atomicas.Uma das mais eficientes armadillias de atomos neutros construidas ate agora e a armadillia magneto-optica.0 atomo urna vez capturado por este tipo de armadillia passa por urn intenso processo de desacelerayao via efeito Doppler e acaba por ficar confinado no poyOde potencial gerado pela interayao com 0 campo magnetico.0 nfunero e a densidade de atomos aprisionados, 0 tamanho da nuvem e 0 processo de carga possuem forte dependencia com os parfunetros da armadilllia, tais como: gradiente de campo magnetico, intensidade dos feixes laser e temperatura do vapor.Este traballio trata da caracterizayao de urna armadillia deste tipo para atomos de sodio atraves de urn estudo sistematico para descobrir as condiyoes de sua mellior performance.Paralelamente a este estudo, desenvolvemos modelos teoricos para entender em detallie os processos de produyao dessas nuvens de Momos aprisionados e as foryas envolvidas neste tipo de material que e esse gas super resfriado.Among the various atomic motion control techniques using radiation pressure magneto-optic trapping has been looked at with great enthusiasm because it produces samples of cold atoms (temperatures about J1K), with high densities and confined in small regions of space.Due to these motivations the efforts for develloping and caracterizing these atoms traps has been high.Once the atom is captured by the magneto-optic trap, it goes through an intense process of desacceleration via Doppler effect and ends up confined in the potencial well genered by the interation with the magnetical field.The number and the density of the trapped atoms, the size of the cloud and the loading process are strongly related to trap parameters, such as: magnetic field gradient, laser beam intensity and background vapor temperature.This work deals with the caracterization of a trap of this kind for sodium atoms through a sistematic study, in order to discover the conditions for a better performance.At the same time theoretical models are developped in order to understand in depth the atomic forces involved in the production of a new kind of material which is this highly refrigerated gas.Introdu~ao 1 Referencias do Cap.I 5 CAP.II -0 Aprisionamento Magneto-Optico de Atomos Neutros 2.1 -Introdu~ao .22 Prin" B" .-ClplOS aslCOS , .2.3 -Limites Doppler de Resfriamento para Atomos Aprisionados em A.M.O .Referencias do Cap.II ,-4.5 -Comportamento da Carga Como Funyao do Gradiente de Campo Magnetico e da Intensidade do Laser 4.6 -Comportamento do NUmero e da Densidade de Atomos Aprisionados Como Funyao do Gradiente de Campo Magnetico e da Intensidade do Laser Referencia do Cap.IV CAP.V -Tamanho da Nuvem de Atomos Aprisionados 5.1 -Introduyao 5.2 -Tamanho da Nuvem Para Urn Atomo de Dois Niveis 5.2.1 -CaIculo da Funyao do Raio Para a Armadilha Tipo I 5.2.2 -CaIculo da Funyao do Raio Para a Armadilha Tipo II 5.3 -Tamanho da Nuvem Considerando os Sub-Niveis Zeeman 5.3.1 -CaIculo da Constante de Mola 5.3.2-CaIculo da Energia Minima 5.3.3-CaIculo dos Fatores G (F,mF;F' ,mF') 5.3.4-CaIculo das Propabilidades de Transiyao 5.3.5 -CaIculo das Frequecias de Rabi 5.3.6 -Expressao do Raio Como Funyao do Gradiente de Campo e Intesidade do Laser Para a Armadilha tipo I 5.3.7 -Expressao do Raio Como Funyao do Gradiente de Campo e Intensidade do Laser Para a Armadilha Tipo II 5.4 -Resultados .......................
A~AONos ultimos anos tem side grande 0 interesse no estudo da obtenQao de amostras de atomos frios e de altas densidades.(1) Tais amostras podem ser uteis em experiencias de espectroscopia de alta resoluQao, produQao de padroes de frequencias e re16gios atomicos, e estudos de processos de colisao.Alem disto, se obtivermos amostras com velocidades tais que 0 comprimento de onda de de Broglie associado ao atomo (lD) seja da ordem da distancia interatomica, efeitos quanticos coletivos tal como condensaeao de observados.Uma Bose-Einstein, poderiam em das formas de obter-se estas principio serem amostras e atraves da tecnicas de desaceleraeao de feixes at6micos.(2) Uma outra, e mais investigada atualmente, e a tecnica de aprisionamento de atomos neutros usando armadilhas magneto-opticas.Ate 1987, existiam duas formas de construir-se armadilhas para atomos neutros.Uma delas emprega a forea magnetica atuante no atomo quando ele esta em uma regiao de campo magnetico nao homogeneo (3) e a outra refere-se ao uso da forea de presao de radiaQao para confina-lo.(4)Basicamente, a ideia que suporta a armadilha magnetica e 0 fato que estados fundamentais eletr6nicos de certos atomos com spins eletr6nicos desemparelhados tem energia que aumenta com 0 campo magnetico, produzindo assim uma forQa restauradora sobre eles, na direQao do minima de campo.A primeira armadilha optica foi proposta por Ashkin (4) em 1978 e consiste de dois lasers contrapropagantes focalizados.Nesta configuracao existe uma forca restauradora axial devido a forca espontanea e uma forca restauradora transversal devido ao gradiente do campo induzida).Entretanto, a primeira observaCao de atomos aprisionados opticamente devido a forca espontanea, foi realizada em 1985 por S. Chu et.al,(5) em atomos de sodio (Na).A configuraCao experimental utilizada constitui-se de um arranjo tridimensional de feixes contrapropagantes sintonizados abaixo da frequenci~de ressonancia.De acordo com a assertiva de H~sch e Schawlow (6) isto causa uma forca oposta a velocidade do atomo, ou seja uma forca viscosa.Por isto esta tecnica e denominada de melado optico.A densidade de atomos confinados por esta tecnica foi da ordem de 10~m-3, com temperatura da ordem de 240uK, que corresponde ao limite de temperatura minima fornecido pela teoria aprisionados neste limite e de aproximadamente 60cm/s.Na verdade o melado optico nao e uma verdadeira armadilha pois nao existe forca restauradora presente e 0 tempo de confinamento dos atomos e de apenas 100 ms, que e muito menos que 0 obtido pela tecnica discutiremos a seguir.
Devido à necessidade de caracterizar as armadilhas magneto-ópticas (AMO), as quais fornecem amostras densas de átomos frios, e de extrema importância o conhecimento dos valores das constantes mecânicas k e β inerentes ao movimento harmônico super amortecido dos átomos nestas armadilhas. Neste trabalho, obtivemos estas constantes usando a técnica que aplica uma oscilação forçada aos átomos aprisionados através de um pequeno campo magnético oscilante adicional de forma a não perturbar o aprisionamento. Fizemos um estudo destas constantes como função de alguns parâmetros inerentes ao aprisionamento, como por exemplo: intensidade dos feixes laser, gradiente de campo magnético e dessintonia. A manipulação de átomos aprisionados, obtida através da observação de diversas estruturas espaciais dos mesmos, mostra um certo controle sobre estes átomos e a obtenção de valores para a temperatura dos átomos nestas estruturas, permite uma maior compreensão do mecanismo de aprisionamento. Nos detivemos então, na medida da temperatura dos átomos aprisionados em estrutura espacial do tipo anel além de propor um modelo teórico simples capaz de justificar os resultados obtidos.
Devido à necessidade de caracterizar as armadilhas magneto-ópticas (AMO), as quais fornecem amostras densas de átomos frios, e de extrema importância o conhecimento dos valores das constantes mecânicas k e β inerentes ao movimento harmônico super amortecido dos átomos nestas armadilhas. Neste trabalho, obtivemos estas constantes usando a técnica que aplica uma oscilação forçada aos átomos aprisionados através de um pequeno campo magnético oscilante adicional de forma a não perturbar o aprisionamento. Fizemos um estudo destas constantes como função de alguns parâmetros inerentes ao aprisionamento, como por exemplo: intensidade dos feixes laser, gradiente de campo magnético e dessintonia. A manipulação de átomos aprisionados, obtida através da observação de diversas estruturas espaciais dos mesmos, mostra um certo controle sobre estes átomos e a obtenção de valores para a temperatura dos átomos nestas estruturas, permite uma maior compreensão do mecanismo de aprisionamento. Nos detivemos então, na medida da temperatura dos átomos aprisionados em estrutura espacial do tipo anel além de propor um modelo teórico simples capaz de justificar os resultados obtidos.
Neste trabalho demonstramos o confinamento de átomos de sódio usando a armadilha magneto-óptica, onde os átomos foram capturados diretamente a partir da distribuição inicial do vapor atômico a uma temperatura ambiente, contido em uma célula fechada. Observamos além da nuvem de átomos aprisionados, estruturas circulares em forma de anek, que surgem devido ao desalinhamento introduzido nos feixes de aprisionamento. Estudamos o comportamento do raio do anel em função de vários parâmetros utilizados na armadilha magneto-óptica como por exemplo: gradiente de campo magnético, intensidade do laser, dessintonia e desalinhamento. Os experimentos foram realizados no regime de baixa densidade (N<10s) onde o raio do anel é independente do número de átomos aprisionados. Assim, os resultados obtidos podem ser explicados utilizando um modelo simples que leva em conta a força de vórtice dependente da coordenada radial (ou macroscópica) e as forças usuais presentes na armadilha magneto-óptica
Neste trabalho apresentamos a construção e caracterização de uma armadilha magneto-óptica, a qual utilizamos para aprisionamento de átomos de Rb. Após a construção da armadilha e sua caracterização, fizemos experimentos para estudar os efeitos da luz de banda larga sobre os átomos aprisionados. Para esse estudo, utilizamos lâmpadas incandescentes que possuem um espectro largo de comprimentos de onda. Verificamos que em uma armadilha com 109 átomos aprisionados, a luz de banda larga aumenta a fluorescência emitida pela nuvem de átomos, tendo fortes indícios que isto representa efetivamente um aumento na eficiência da armadilha. No entanto, com os experimentos que fizemos, não podemos distinguir se essa diferença é referente a um aumento de átomos aprisionados ou apenas espalhamento de luz causado pelo aumento da intensidade de luz incidida sobre a nuvem. Fizemos então uma comparação da resposta dos átomos, frente a variações na intensidade dos feixes de laser utilizados para o aprisionamento. Por motivos que serão discutidos neste trabalho, refizemos esse estudo com um número menor de átomos aprisionados, 108 átomos, e verificamos que o aquecimento das lâmpadas reflete no aumento das perdas na armadilha, diminuindo então o número de átomos aprisionados. Isto nos levou a fazer um estudo sobre a dinâmica das colisões presentes na armadilha, para entendermos a influência da temperatura na eficiência da armadilha. Verificamos que um pequeno aumento uniforme na temperatura da câmara levaria a grandes perdas na armadilha, mas o aumento da temperatura causado pelas lâmpadas é um aumento local, e gera um processo de desgaseificação da câmara, aumentando a quantidade de átomos, "diferentes de Rb", presentes no vapor de fundo.