Limitations et perspectives

Nous avons visit´e l’ensemble du montage `a travers ses diverses fonctions : ralentir, pi´eger, refroidir et d´etecter. Nous allons `a pr´esent essayer d’en montrer les limites, et les ouvertures possibles vers une r´esolution des probl`emes.

1.3.5.1 Une enceinte `a vide volumineuse et encombr´ee

Un probl`eme de ce montage est la gestion de l’espace en raison de l’encombrement des diverses pi`eces. C’est d´ej`a le d´etecteur qui empˆechait de rapprocher davantage les bobines vers le centre du pi`ege. Cela aurait pourtant permis d’augmenter les gradients de champ sans forcer sur le courant, all´egeant nettement le montage de ce cˆot´e (grosses

alimentations, gros effet Joule et donc utilisation d’un surpresseur). C’est encore l’en- combrement, du nouveau d´etecteur cette fois-ci, qui nous a pouss´e `a doubler le volume sous ultra-vide et `a d´eplacer toute l’optique. C’est enfin le peu d’acc`es optique pour rajouter des faisceaux lumineux.

Un effet tr`es b´en´efique d’une conception `a neuf du dessin de l’enceinte `a vide serait aussi le gain que l’on peut esp´erer `a rapprocher le centre du pi`ege du bout du ralen- tisseur Zeeman. Compacter cette partie du montage se traduirait certainement par un chargement plus rapide du pi`ege magn´eto-optique et sˆurement par une augmentation du nombre d’atomes pi´eg´es (voir 1.3.1.3). En l’´etat actuel, le ralentisseur Zeeman est aussi rapproch´e du pi`ege que le permet l’utilisation d’une enceinte facile `a fabriquer, c’est-`a- dire faite d’un assemblage de pi`eces cylindriques. Mais par un dessin plus original o`u l’on rajouterait une autre bride rentrante pour le ralentisseur, ou bien o`u au minimum le ralentisseur se brancherait sur une partie plate de l’enceinte — et non bomb´ee — on pourrait sˆurement gagner de pr´ecieux centim`etres.

Si d’ailleurs l’enceinte devait ˆetre chang´ee, on pourrait la changer bien plus en pro- fondeur. Car le fait d’avoir le d´etecteur entre les brides rentrantes ´etait une s´ev`ere limitation. Mais maintenant qu’il est plac´e plusieurs dizaines de centim`etres plus bas, rien ne nous retient plus de r´eduire la taille du montage dans cette zone. On peut no- tamment imaginer diminuer de beaucoup le volume sous vide en utilisant une enceinte cylindrique verticale de petit diam`etre, avec des bobines `a l’ext´erieur.

S’affranchir des courants de Foucault serait nettement plus difficile. Cela n´ecessite- rait de passer `a une cellule en verre. Or, il faudrait une cellule coud´ee : une ouverture vers le ralentisseur et l’autre vers le d´etecteur. Or il faut ´eviter les contraintes m´eca- niques sur la cellule pour pr´eserver les transitions verre-m´etal. Dans ces conditions, cela serait alors tr`es difficile. Plus ennuyeux : une transition verre-m´etal vers le ralentisseur, ´etant donn´ees les longueurs habituelles de transition, serait trop longue par rapport `a la divergence du jet atomique. On serait de nouveau dans une situation o`u le ralentisseur est loin du centre du pi`ege.

1.3.5.2 Un d´etecteur en pleine ´evolution

Une limitation du montage actuel sur laquelle nous reviendrons au chapitre 3 est la r´esolution du d´etecteur. Cela dit, le d´etecteur d´ecrit dans la section pr´ec´edente ´etait l’ancien d´etecteur, non-sensible en position. Et nous commenterons cette limitation plus loin, je me borne donc `a la mentionner.

Cˆot´e d´etection, on a vu au 1.3.4 que l’on peut d´etecter soit les ions soit les atomes. Il est cependant a priori ´etrange d’utiliser le mˆeme d´etecteur pour deux d´etections diff´erentes. On pourrait tr`es bien en utiliser deux, un pour chaque type de particule. Cela permettrait de d´etecter simultan´ement les deux sans effort. Dans les modifications que nous avons apport´ees au montage, nous avons pr´evu cette s´eparation des d´etecteurs. Nous ne l’avons pas encore pleinement utilis´ee.

Une autre ´evolution pour la d´etection est l’implantation de faisceaux Raman. Un gros probl`eme de notre sch´ema actuel est que nous devons nous reposer sur des tran- sitions non-adiabatiques pour nous assurer que des atomes passent dans le sous-niveau Zeeman m = 0 qui leur permettra ensuite d’ˆetre d´etect´es. C’est un probl`eme car ces transitions ne sont pas contrˆol´ees. Et on pense que l’on ne transf`ere qu’environ 10 % des atomes. Des faisceaux Raman permettraient de contrˆoler cette transition. Nous pour- rions ainsi nous assurer que nous couplons une proportion constante des atomes vers

m = 0. Cela permettrait aussi d’am´eliorer l’efficacit´e totale de la d´etection. Ou bien au contraire de ne coupler les atomes que petit `a petit, voire de fa¸con continue. Mal- heureusement, les essais que nous avons fait jusqu’`a pr´esent se sont r´ev´el´es infructueux. Nous n’avons pas d´epass´e les 50 % de transfert. Nous avions vraisemblablement trop peu de puissance lumineuse pour augmenter le d´esaccord – et donc ´eviter les effets pa- rasites. Cette limitation n’a rien de fondamental. Dans la conception des modifications du montage, nous avons aussi m´enag´e un acc`es optique plus favorable (voir 4.2.2).

1.3.5.3 Conclusion

Ce montage exp´erimental, malgr´e les modifications qui viennent de lui ˆetre faites, et que nous d´ecrirons au chapitre 4, n’est donc pas encore fig´e. En r´ealit´e il n’en est encore qu’`a la premi`ere g´en´eration, et il peut ´evoluer. Il est probable qu’on puisse encore en attendre des exp´eriences originales et riches.

Corr´elation en intensit´e de deux

atomes

Ce chapitre est d´edi´e au calcul du signal de groupement de bosons. Ceci est un cas particulier du nouveau type de mesure que nous voulons mener grˆace `a notre dispositif de d´etection : des mesures de corr´elation sur des nuages d’atomes ultra-froids, grˆace `a des techniques de comptage. Le groupement de bosons est une porte d’entr´ee « facile ». C’est celle que nous allons explorer par le calcul dans cette partie. Nous pr´esenterons aussi la m´ethode exp´erimentale retenue pour effectuer la mesure, au 2.1.3.

Quand nous chercherons `a faire de mani`ere rigoureuse le calcul th´eorique du grou- pement de bosons, l’approche suivie sera standard et assez lin´eaire. Elle sera expos´ee `a la section 2.2, puis sous forme appliqu´ee `a notre syst`eme de d´etection `a la section 2.3. En revanche, les choses sont plus libres si l’on cherche simplement `a s’en faire une id´ee, une repr´esentation « avec les mains » qui constitue toujours une aide tr`es utile, ne serait-ce que pour guider le calcul rigoureux. Pour cette approche simple, expos´ee dans la premi`ere section, deux points de vue s’affrontent. L’un consiste `a compter des parti- cules, `a faire bien attention aux sym´etries, `a ce qui est discernable ou non, pour aboutir ´

eventuellement `a des facteurs N ! qui marquent le cˆot´e (in-)discernable. C’est le point de vue usuel en physique des particules. L’autre consid`ere chaque atome comme une onde et calcule l’effet r´esultant comme une interf´erence. C’est le point de vue usuel en optique. Pour ma part, je n’ai pas de raison de pr´ef´erer l’un ni l’autre. L’exp´erience dans le domaine de l’optique atomique est plutˆot tourn´ee vers l’optique. J’ai donc choisi une approche davantage « particule » pour montrer qu’elle est aussi pertinente que l’autre et qu’on a donc tout int´erˆet `a connaˆıtre les deux. Je ne m’interdit cependant pas l’em- ploi du mot « interf´erence ». Et l’approche « optique » se retrouve un peu dans le paragraphe 2.1.4.3. L’approche optique peut paraˆıtre plus naturelle parce qu’on a une certaine intuition de l’optique et que les photons sont eux aussi des bosons. Ce serait plus difficile pour des fermions. Les deux cas font pourtant souvent figure de jumeaux. Et les fermions sont maintenant tr`es pr´esents en optique atomique. Nous nous offrirons donc une petite coloration « particules » dans la premi`ere section.

2.1

Principe physique

Nous commen¸cons par l’approche « avec les mains » . Ensuite, une revue de ce qui s’est fait sur le sujet nous permettra de mieux situer notre exp´erience dans le contexte, notamment en en d´egageant les sp´ecificit´es.

2.1.1 Approche avec les mains : description de l’effet, distance carac-