Chapitre 22. Théorie de champ moyen pour un condensat de Bose-Einstein

Claude N. Cohen-Tannoudji, David Guéry-Odelin

Roy Eid

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.

Claude N. Cohen-Tannoudji, David Guéry-Odelin

Louis Boisse

Ce travail porte sur l'étude du phénomène de transport de particules dans un milieu désordonné en présence d'interactions. Nous utilisons des solitons brillants de 39K qui présentent l'avantage d'avoir une densité, donc des interactions, constante en fonction du temps. Les deux premiers chapitres présentent les différentes étapes de refroidissement nécessaires pour atteindre la condensation de Bose-Einstein. En raison des mauvaises propriétés de collisions du potassium 39 à champ magnétique nul, il est nécessaire d'avoir recours aux résonances de Feshbach pour augmenter la section efficace de collision du gaz atomique et ainsi effectuer une évaporation efficace. Les observations expérimentales de résonances de Feshbach en onde p et d sont également présentées dans le chapitre 2. Les résonances de Feshbach peuvent également être utilisées pour contrôler les interactions de champ moyen dans un condensat de Bose-Einstein. En se plaçant à des interactions légèrement attractives, l'énergie d'interaction compense l'étalement du nuage atomique et nous formons des solitons. C'est le sujet du troisième chapitre. Nous avons aussi travaillé à l'optimisation du potentiel chimique des solitons. Le dernier chapitre porte sur l'observation de la propagation non linéaire de solitons, se déplaçant à une vitesse contrôlée, dans un milieu désordonné formé par un speckle optique. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus avec des atomes sans interaction puis à des simulations numériques basées sur l'équation de Gross-Pitaevskii 1D.

Manuel G. Velárde

Louis Boisse

Ce travail porte sur l'étude du phénomène de transport de particules dans un milieu désordonné en présence d'interactions. Nous utilisons des solitons brillants de 39K qui présentent l'avantage d'avoir une densité, donc des interactions, constante en fonction du temps. Les deux premiers chapitres présentent les différentes étapes de refroidissement nécessaires pour atteindre la condensation de Bose-Einstein. En raison des mauvaises propriétés de collisions du potassium 39 à champ magnétique nul, il est nécessaire d'avoir recours aux résonances de Feshbach pour augmenter la section efficace de collision du gaz atomique et ainsi effectuer une évaporation efficace. Les observations expérimentales de résonances de Feshbach en onde p et d sont également présentées dans le chapitre 2. Les résonances de Feshbach peuvent également être utilisées pour contrôler les interactions de champ moyen dans un condensat de Bose-Einstein. En se plaçant à des interactions légèrement attractives, l'énergie d'interaction compense l'étalement du nuage atomique et nous formons des solitons. C'est le sujet du troisième chapitre. Nous avons aussi travaillé à l'optimisation du potentiel chimique des solitons. Le dernier chapitre porte sur l'observation de la propagation non linéaire de solitons, se déplaçant à une vitesse contrôlée, dans un milieu désordonné formé par un speckle optique. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus avec des atomes sans interaction puis à des simulations numériques basées sur l'équation de Gross-Pitaevskii 1D.