8.5 Refroidissement des degrés de libertés internes des molécules. Science 321, 232
9.2.3 Résultats expérimentaux
Cette étude théorique que j’ai effectuée a constitué le fil conducteur de nos expériences. De façon plus générale, la principale tâche de ces dernières années fut d’étudier le chargement d’un piège dipolaire croisé selon différentes méthodes, afin d’obtenir les meilleures conditions possibles de température et de nombre d’atomes avant évaporation.
Le piège magnétique quadrupolaire utilisé lors des expériences de chargement est réalisé à partir des bobines servant au MOT. Pour les pièges dipolaires, un premier montage utilisait un laser Nd :YAG de 20 W dont nous recyclions le faisceau pour constituer les deux bras du piège croisé. Un second montage basé sur un laser fibré de 100 W (à 1073 nm) permît ensuite de disposer de deux bras indépendants. Cette seconde version du piège optique possède une lentille mobile permettant de contrôler dynamiquement le waist du faisceau laser au niveau des atomes.
9.3. ÉVOLUTION FUTURE DES RECHERCHES 143 Les premières expériences de chargement se sont faites sur un piège dipolaire unique (on parle alors de piège à un bras), en focalisant un faisceau de 11.5 W sur un waist de 30 µm. Nous avons comparé trois types de chargement différents pour le piège dipolaire croisé : par piège magnétique, à partir d’un MOT comprimé ou d’une mélasse. Avec la méthode magnétique, près de 107 atomes furent chargés à une température de ∼300 µK en 1s. Ces résultats étaient en bon accord avec ce que prédisait mon modèle.
La méthode "classique" (par MOT comprimé + mélasse) permit de charger 5× 106 atomes à une température de ∼350 µK. Une première étude de l’évaporation fut alors entreprise, et les premières limites de notre modèle apparurent : la chute de la température et du nombre d’atomes étaient plus lentes que prévu. On peut y voir un effet de la température élevée qui im-pose la présence d’autres ondes partielles de collisions, que la seule onde s prise en compte dans le calcul. Un effet de l’anisotropie du potentiel n’est pas non plus à exclure car la modélisation reposait sur l’hypothèse d’un piège 3D isotrope, ce qui n’est pas du tout le cas ici.
Si le nombre d’atomes lors du chargement à un bras semblait prometteur la densité était encore un peu faible. Nous avons donc cherché à charger un piège dipolaire croisé à 2 bras. Le piège optique était obtenu en focalisant les deux faisceaux de 10 W chacun sur un waist de 60 µm. Pour le chargement par piège magnétique, la température était proche de celle attendue (∼ 140 µK) mais le nombre d’atomes chargé était presque cent fois plus faible qu’attendu, i.e. seulement de 6× 104. Le chargement par MOT comprimé donne des résultats identiques mais de manière plus simple. C’est à partir d’une mélasse que la densité D dans l’espace des phases maximales est atteinte : après 100 ms de phase de mélasse, le piège dipolaire croisé contient 7× 104 atomes à une température de 80 µK, soit D = 1.6× 10−5.
De tels chargements ne permettaient pas d’envisager un refroidissement évaporatif efficace. J’ai alors proposé une autre piste, qui est explorée actuellement : pour améliorer le chargement, il est nécessaire d’augmenter la taille du piège pour charger plus d’atomes, le zoom permettra ensuite de comprimer le piège pour augmenter la densité et se retrouver avec plus d’atomes qu’avant pour une taille de piège comparable. C’est cette piste qui est explorée actuellement. Les études se poursuivent, nous venons d’acquérir un modulateur acousto-optique qui nous permetra dans un futur très proche d’utiliser tout les 100 Watts disponible. Mais, en utilisant seulement deux faisceaux de 15 W, il est déjà possible de charger ∼ 5 × 105 atomes à une température de 50 µK dans un piège obtenu en croisant ces deux lasers sur un waist de 150 µm.
Nous avons également démontré la compression du piège sans diminution de la densité dans l’espace des phases. Tous les ingrédients semblaient donc réunis pour commencer l’évaporation et atteindre la condensation de Bose-Einstein du césium. Malheureusement le bris de notre cellule en verre rend l’avenir incertain et retarde encore un peu ces tests ultimes.
9.3 Évolution future des recherches
Il est difficile de prédire l’avenir de l’expérience qui peut dépendre en particulier de l’arrivée d’un nouvel étudiant en thèse ou d’un chercheur en stage post-doctoral.
Nous sommes donc, à l’heure actuelle, en train de comparer les différents chargement pos-sibles par mélasse optique, par dark-SPOT, par piège magnétique ou par refroidissement par bandes latérales [Kerman et al., 2000]. Mon idée reste toujours de réaliser une étape de refroi-dissement évaporatif très rapide. Une possibilité est de s’inspirer de l’expérience de Cheng Chin [Hung et al., 2008] en lui ajoutant le zoom optique dont nous disposons.
L’espoir d’un chargement efficace d’un piège dipolaire froids et dense nous permet d’envi-sager des études concernant l’observation, toujours vierge, des états d’Efimov. Ceci pourrait être envisagé en utilisant une résonance de Feshbach qui existe pour un champ magnétique de 800 G [Lee et al., 2007]. Comme mentionné précédemment l’application de la photoassociation à un gaz condensé, ou simplement dense et froid, permettrait aussi des études concernant les collisions molécules-atomes, molécules-molécules.
Un objectif à moyen terme est de regrouper sur ce dispositif expérimental les activités molécules froides. Une demande de financement de type A.N.R. pourrait ainsi permettre la réalisation d’un dispositif non plus uniquement basé sur le refroidissement d’atomes de césium, mais comportant le refroidissement d’une autre espèce Yb ou Hg par exemple. Cela permettrait de moderniser l’expérience en la basant tout naturellement sur l’étude de molécules dipolaires et/ou fermioniques en régime de dégénérescence quantique, je pense par exemple à YbCs ou HgCs ou ... car l’Ytterbium ou le mercure comportent beaucoup d’isotopes ce qui pourrait permettre une grande richesse d’expériences.
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