Un des enjeux de la physique moderne porte sur la compréhension de systèmes physiques à N corps en interactions. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état très excité et possèdent ainsi des interactions fortes à longues portées qui s'avèrent justement utiles pour l'étude de ces systèmes à nombreux corps. L'application des techniques de manipulation optiques généralement utilisées sur les atomes froids à ces atomes de Rydberg ouvrirait la voie à des opportunités dans le domaine de la simulation quantique. L'utilisation des atomes froids alcalins est cependant limitée par l'absence de transition optique car leur unique électron de valence est porté dans un état de Rydberg. L'attention s'est donc portée sur les atomes divalents tels que l'Ytterbium. La présence d'un 2ème électron fournit les transitions optiques nécessaires à l'application des techniques de manipulation optique tandis que l'autre électron est dans un état de Rydberg. Cependant, lorsque l'atome est doublement excité, il peut s'auto-ioniser car son énergie dépasse la limite d'ionisation. Trouver un moyen de s'affranchir de cette auto-ionisation permettrait de manipuler les atomes dans un état de Rydberg. Cette thèse présente en premier lieu les modifications apportées au montage expérimental permettant les nouvelles études réalisées. Une étude théorique d'une spectroscopie à 3 photons des états de Rydberg de l'ytterbium a été réalisé en amont pour préparer le dispositif expérimental à cette futur expérience. On y présente ensuite le résultat majeur de cette thèse : la possibilité d'exercer une force optique sur des atomes d'ytterbium dans des états de Rydberg par excitation du coeur isolé en inhibant l'auto-ionisation. Enfin, une étude théorique sur les résonances de Förster dans le césium et le rubidium est effectuée. Ces études ouvrent la voie à la mise en œuvre de simulateurs quantiques avec des atomes de Rydberg.
Un des enjeux de la physique moderne porte sur la compréhension de systèmes physiques à N corps en interactions. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état très excité et possèdent ainsi des interactions fortes à longues portées qui s'avèrent justement utiles pour l'étude de ces systèmes à nombreux corps. L'application des techniques de manipulation optiques généralement utilisées sur les atomes froids à ces atomes de Rydberg ouvrirait la voie à des opportunités dans le domaine de la simulation quantique. L'utilisation des atomes froids alcalins est cependant limitée par l'absence de transition optique car leur unique électron de valence est porté dans un état de Rydberg. L'attention s'est donc portée sur les atomes divalents tels que l'Ytterbium. La présence d'un 2ème électron fournit les transitions optiques nécessaires à l'application des techniques de manipulation optique tandis que l'autre électron est dans un état de Rydberg. Cependant, lorsque l'atome est doublement excité, il peut s'auto-ioniser car son énergie dépasse la limite d'ionisation. Trouver un moyen de s'affranchir de cette auto-ionisation permettrait de manipuler les atomes dans un état de Rydberg. Cette thèse présente en premier lieu les modifications apportées au montage expérimental permettant les nouvelles études réalisées. Une étude théorique d'une spectroscopie à 3 photons des états de Rydberg de l'ytterbium a été réalisé en amont pour préparer le dispositif expérimental à cette futur expérience. On y présente ensuite le résultat majeur de cette thèse : la possibilité d'exercer une force optique sur des atomes d'ytterbium dans des états de Rydberg par excitation du coeur isolé en inhibant l'auto-ionisation. Enfin, une étude théorique sur les résonances de Förster dans le césium et le rubidium est effectuée. Ces études ouvrent la voie à la mise en œuvre de simulateurs quantiques avec des atomes de Rydberg.
Un des enjeux de la physique moderne porte sur la compréhension de systèmes physiques à N corps en interactions. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état très excité et possèdent ainsi des interactions fortes à longues portées qui s'avèrent justement utiles pour l'étude de ces systèmes à nombreux corps. L'application des techniques de manipulation optiques généralement utilisées sur les atomes froids à ces atomes de Rydberg ouvrirait la voie à des opportunités dans le domaine de la simulation quantique. L'utilisation des atomes froids alcalins est cependant limitée par l'absence de transition optique car leur unique électron de valence est porté dans un état de Rydberg. L'attention s'est donc portée sur les atomes divalents tels que l'Ytterbium. La présence d'un 2ème électron fournit les transitions optiques nécessaires à l'application des techniques de manipulation optique tandis que l'autre électron est dans un état de Rydberg. Cependant, lorsque l'atome est doublement excité, il peut s'auto-ioniser car son énergie dépasse la limite d'ionisation. Trouver un moyen de s'affranchir de cette auto-ionisation permettrait de manipuler les atomes dans un état de Rydberg. Cette thèse présente en premier lieu les modifications apportées au montage expérimental permettant les nouvelles études réalisées. Une étude théorique d'une spectroscopie à 3 photons des états de Rydberg de l'ytterbium a été réalisé en amont pour préparer le dispositif expérimental à cette futur expérience. On y présente ensuite le résultat majeur de cette thèse : la possibilité d'exercer une force optique sur des atomes d'ytterbium dans des états de Rydberg par excitation du coeur isolé en inhibant l'auto-ionisation. Enfin, une étude théorique sur les résonances de Förster dans le césium et le rubidium est effectuée. Ces études ouvrent la voie à la mise en œuvre de simulateurs quantiques avec des atomes de Rydberg.
Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.
Les propriétés exacerbées des atomes de Rydberg ont permis d'étendre les possibilités offertes par les atomes froids dans la création de gaz d'atomes en très forte interaction, avec des applications notamment en simulations quantiques, dans la physique à N corps ou dans la réalisation de portes quantiques grâce au phénomène de blocage dipolaire. L'utilisation des atomes de Rydberg froids est cependant actuellement limitée par le fait qu'il n'est pas possible de continuer d'appliquer les techniques expérimentales de manipulation optique avec les atomes à un électron actif. L’attention de la communauté des atomes de Rydberg froids s’est donc récemment portée sur les atomes à deux électrons actifs qui offrent la possibilités, une fois l’un des deux électrons excité vers un état de Rydberg, de disposer d’un second électron optiquement actif qu’il va être possible de manipuler par laser. L’objectif de cette thèse est d’étendre les techniques de manipulation optique aux atomes à deux électrons actifs excités dans des états de Rydberg, dans le cas de l’atome d’ytterbium. Elle présente d’une part la conception et l’assemblage du dispositif expérimental permettant l’obtention d’une source d’atomes de Rydberg froids d’ytterbium. A terme, ce montage permettra la manipulation optique de ces atomes de Rydberg. D’autre part, elle présente le développement d’un modèle numérique implémentant la théorie du défaut quantique à plusieurs voies pour permettre la détermination théorique du spectre énergétique de l’ytterbium ainsi que son comportement sous l’effet de perturbations extérieures.
Les atomes de Rydberg constituent des objets idéaux pour l’étude des systèmes physiques en interaction à longue portée. Transposer à ces atomes très excités les techniques habituelles d’imagerie et de piegeage des atomes froids offrirait de nouvelles opportunités pour le domaine de la simulation quantique. Notre approche consiste à utiliser un atome à deux électrons de valence optiquement actifs tel que l’ytterbium. En effet, les transitions optiques du coeur ionique de cet atome ouvrent la voie à de nombreuses perspectives pour la manipulation optique dans l'état de Rydberg. Lorsque l’atome est doublement excité, il peut néanmoins auto-ioniser puisque son énergie se situe au delà de la première limite d’ionisation. La possibilité de s’affranchir totalement de l’autoionisation est une question ouverte.Dans cette thèse, nous présentons en premier lieu les contributions apportées au montage de l’expérience,du refroidissement des atomes d’ytterbium sur la raie d’intercombinaison à l’excitation dans des états de Rydberg. A cause des interactions entre électrons de valence, la spectroscopie de ces états très excités est plus complexe dans l'ytterbium que dans les atomes alcalins. Une étude expérimentale couplée à une analyse par théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT) a été réalisée sur diverses séries Rydberg (s, p, d et f). Cette étude, prérequis essentiel, a permis d’améliorer la précision de plus de deux ordres de grandeur sur la spectroscopie des séries étudiées.L’excitation du coeur ionique a ensuite été mise en place sur la transition 6s1/2 → 6p1/2 . Nous avons alors étudié expérimentalement et théoriquement l’excitation du coeur isolé pour des états de Rydberg de grand moment orbital (l = 5 - 9). Cette étude a montré que l'auto-ionisation est dominée par le couplage au continuum de l'état de coeur 5d3/2. Par opposition a l'atome de baryum, pour lequel l'autoionisation chute rapidement avec le moment orbital de l'électron Rydberg, nous avons montré que cette tendance est moins marquée sur l'ytterbium. Grace à cette étude, nous pourrons déterminer les états pour lesquels la manipulation optique par laser est possible.
Les propriétés exacerbées des atomes de Rydberg ont permis d'étendre les possibilités offertes par les atomes froids dans la création de gaz d'atomes en très forte interaction, avec des applications notamment en simulations quantiques, dans la physique à N corps ou dans la réalisation de portes quantiques grâce au phénomène de blocage dipolaire. L'utilisation des atomes de Rydberg froids est cependant actuellement limitée par le fait qu'il n'est pas possible de continuer d'appliquer les techniques expérimentales de manipulation optique avec les atomes à un électron actif. L’attention de la communauté des atomes de Rydberg froids s’est donc récemment portée sur les atomes à deux électrons actifs qui offrent la possibilités, une fois l’un des deux électrons excité vers un état de Rydberg, de disposer d’un second électron optiquement actif qu’il va être possible de manipuler par laser. L’objectif de cette thèse est d’étendre les techniques de manipulation optique aux atomes à deux électrons actifs excités dans des états de Rydberg, dans le cas de l’atome d’ytterbium. Elle présente d’une part la conception et l’assemblage du dispositif expérimental permettant l’obtention d’une source d’atomes de Rydberg froids d’ytterbium. A terme, ce montage permettra la manipulation optique de ces atomes de Rydberg. D’autre part, elle présente le développement d’un modèle numérique implémentant la théorie du défaut quantique à plusieurs voies pour permettre la détermination théorique du spectre énergétique de l’ytterbium ainsi que son comportement sous l’effet de perturbations extérieures.
Au cours de cette thèse, la physique des systèmes en interaction à été étudié expérimentalement à partir de gaz froids d'atomes de Rydberg. Les atomes de Rydberg sont des atomes dans un état fortement excités et ils ont la propriété d'interagir fortement du fait d'interactions électrostatiques à longue portée. Le premier résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'un processus à quatre corps. Ce processus consiste en l'échange d'énergie interne entre quatre atomes de Rydberg induit par leurs interactions mutuelles. Il a été possible, en plus de son observation expérimentale, de décrire théoriquement ce processus, au niveau quantique. L'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction a aussi été étudiée durant cette thèse. Cette situation donne lieu à de très intéressants comportements à N-corps. Ce sujet d'intérêt fondamental pourrait aussi amener à d'éventuelles applications pour la réalisation de simulateurs quantiques ou de sources de lumière non classiques. Un second résultat majeur de cette thèse est l'observation expérimentale d'une statistique fortement sub-poissonienne, i.e corrélée de l'excitation Rydberg. Ce résultat confirme le caractère à N-corps de tels systèmes. Le troisième résultat majeur de cette thèse est le développement d'un modèle théorique pour l'excitation par laser des gaz d'atomes de Rydberg en forte interaction. En utilisant les états quantiques dit états collectifs de Dicke, il a été possible de mettre au jour de nouveaux mécanismes liés au comportement à N-corps de ces sytèmes atomiques en forte interaction.