2.3 Suivis de mesure et caractérisation des effets systématiques
2.3.5 Mesure de l’effet Coriolis
a) Suivi du rapport r56
Le biais de Coriolis dépend de la vitesse moyenne transverse des atomes. Cette vitesse est déterminée au moment du lâcher par le rapport d’intensité des faisceaux de piège pendant la phase de mélasse. Comme nous l’avons vu au chapitre 1, on utilise la paire de faisceaux 5 et 6 (figure 1.7) alignés avec l’axe Est/Ouest pour contrôler la vitesse
transverse dans cette direction, dont le rapport d’intensité r56 peut être aisément modifié (en tournant une lame demi-onde) au niveau du coupleur de fibre. En principe, on peut induire une vitesse moyenne vers l’Est et mesurer un biais positif sur g ou vers l’Ouest et mesurer un biais négatif sur g. On réalise une mesure de δg en fonction de x56= 1−r56
1+r56 pour une orientation du CAG puis on tourne le gravimétre de 180˚ et on réalise une nouvelle fois cette mesure. L’effet du rapport d’intensité est alors inversé : si les atomes avaient une vitesse moyenne dirigés vers l’Est pour un certain rapport d’intensité, ce même rapport leur donne maintenant une vitesse moyenne dirigés vers l’Ouest. On trace sur la figure
2.18la différence δg0˚− δg180˚ en fonction de x56. On s’attend donc à priori à un biais du signe opposé au signe de x56 qui passe par un biais nul lorsque le rapport d’intensité est parfaitement équilibré. [36]. Nous pouvons contrôler les puissances des faisceaux à l’aide des photodiodes installées dans les collimateurs et leur réponse a été étalonnée. Ce biais devrait donc être nul pour x56= 0.0
Fig. 2.18 Mesure de l’accélération de Coriolis selon le rapport d’intensité des faisceaux de piège orienté selon l’axe Est/Ouest réalisé en 2011 (bleu), 2013 (noir), 2015 (rouge), 2017 (vert et vert foncé) et 2018 (orange).
Si ce biais est bel et bien linéaire pour la mesure de 2011 elle est de signe opposé aux prédictions. L’étude publiée plus tard dans [33] nous a permis de comprendre l’origine de cette inversion de signe. A cette époque, la mélasse optique était faiblement désaccordée (∼ −1.9Γ) induisant un déplacement de la position du nuage atomique à la fin de la mélasse. La vitesse moyenne qui mène à un biais de Coriolis est alors compensée voir surcompensée par l’effet de troncature dû à la taille finie de la détection qui agit de manière opposée à l’effet des vitesses moyennes de dérive. En 2013, les paramètres de la mélasse sont modifiés à ∼ 6.5Γ, réduisant la sensibilité de la mesure aux fluctuations de
x56.
De plus, depuis 2015, les mesures ne sont plus linéaires mais forment une courbe en cloche, si la sensibilité aux variations de x56 est faible pour un rapport équilibré des fais-ceaux 5 et 6, ces courbes s’annulent seulement pour des déséquilibres importants des deux faisceaux. Cela implique qu’il est impossible d’annuler ce biais, sinon en déséquilibrant
2.3 Suivis de mesure et caractérisation des effets systématiques 45
très fortement les faisceaux, ce qui conduit à une dégradation trop importante du nombre d’atomes piégés. Dans ce cas, le nombre d’atomes collectés par le MOT3D est dégradé (voir figure 2.19) ce qui n’est pas avantageux pour la mesure de g. La figure 2.19 repré-sente une mesure dynamique du nombre d’atomes détectés pour différents rapports de puissance 5/6. Le centre de l’ajustement gaussien est obtenu pour x56 = 0, 079424 soit
r56= 0.85.
Fig. 2.19 Nombre d’atomes détectés en fonction du rapport x56.
Comme discuté dans la section b), le biais de Coriolis s’annule uniquement si la sy-métrie de la détection pondère de manière symétrique les classes de vitesses négatives et positives. Il est difficile de modéliser ce problème qui dépend de nombreux paramètres : position initiale des atomes par rapport au centre de la détection et au centre du faisceau Raman, vitesse initiale des atomes, défauts d’homogénéité de la détection ou du faisceau Raman, asymétrie de la distribution en vitesse. On peut émettre plusieurs hypothèses pour expliquer les résultats obtenus :
– la réponse de la détection n’est pas parfaitement symétrique et pondère les classes de vitesses dont la distribution n’est pas forcément symétrique
– la position du nuage atomique s’est déplacé au cours du temps ce qui peut mener à une pondération par la détection plus importante d’une partie de la distribution en vitesse voire une troncature d’une partie de cette distribution,
– la calibration de la puissance des faisceaux pièges soit différente, cela ne semble pas être le cas car le nombre d’atomes piégés est maximal sur la figure 2.19 pour un rapport équilibré des puissances correspondant à r56 proche de 1.
b) Rotation du gravimètre
Pour évaluer le biais de Coriolis, il est finalement nécessaire et préférable de retourner l’enceinte à vide de 180˚. On réalise une mesure de g classique dans l’orientation 0˚ puis on retourne l’expérience, ce qui nécessite au préalable de mettre l’enceinte à vide sur des roues pour faciliter sa rotation. Les fibres, les différents câbles d’alimentations et câbles
électroniques rattachés au banc optique sont en général suffisamment longs pour permettre la rotation sans avoir besoin de les retirer. On s’assure ensuite que les paramètres de mesures sont identiques à la mesure précédente, avec une attention particulière pour le rapport d’intensité 5/6 du M OT 3D qui doit être identique pour que les vitesses moyennes et donc le biais de Coriolis soient identiques. On mesure ensuite g dans cette nouvelle orientation et la demi différence de ces mesures est alors directement le biais de Coriolis. La figure2.20 est l’exemple d’une mesure du biais de Coriolis obtenu par cette méthode. Le biais de Coriolis est évalué ici à 8.0(2)µGal.
Fig. 2.20 Mesure de g avant et après la rotation du gravimètre de 180˚. La demi différence de g est égale au biais de Coriolis.