a se qui ce fait sur les puces atomiques. Ce temps est contraint par la pr´esence de perte `a trois corps qui empˆeche d’utiliser des confinements et donc des taux de collisions plus ´elev´es. En fait, notre ´evaporation est optimis´ee pour ˆetre `a la limite d’avoir des pertes `a trois corps trop importantes.
Nos r´esultats sur la condensation par une m´ethode ”tout-optique” ont eu un impact sur la communaut´e des atomes froids et les questions sp´ecifiques de d´eplacement lumineux et d’´evaporation dans les pi`eges optiques sont main-tenant mieux prises en compte dans la conception de nouveaux dispositifs exp´erimentaux.
4.4 Trampoline `a atomes ultra-froids
4.4.1 Principe et motivations
Dans le domaine des atomes ultra-froids, on distingue essentiellement deux types d’exp´erience : d’une part, celles s’attachant `a la compr´ehension des ph´enom`enes quantiques et notamment aux probl´ematiques issues de la physique `a N-corps et, d’autre part, celles d´edi´ees aux mesures de pr´ecision. Mes recherches se situent habituellement dans la premi`ere cat´egorie. Cela
2. En fait, nous avons not´e qu’il est important que le faisceau large ne soit pas
pr´ecis´ement horizontal (`a 1 degr´e pr`es) pour ´eviter que des atomes pi´eg´es dans les ailes ne
reviennent vers la zone du pi`ege crois´e.
´etant, sous l’impulsion de P. Bouyer, apr`es l’obtention du condensat de Bose-Einstein, nous nous sommes int´eress´es `a la mesure de la constante de gravit´e g. Les interf´erom`etres et en particulier les gravim`etres sont de plus en plus pr´ecis quand le temps d’observation des atomes augmente. Pendant ce temps, les atomes ne doivent pas ˆetre perturb´es et typiquement ils sont en chute libre. Ici, l’id´ee ´etait de garder des atomes en chute libre pendant un temps long, tout en repliant leur trajectoire dans un petit volume en les faisant rebondir p´eriodiquement.
Pour faire rebondir des atomes de fa¸con contrˆol´e, la technique de r´eflexion de Bragg consiste `a appliquer une onde lumineuse qui, de fa¸con coh´erente, transfert `a l’atome deux unit´es de moment cin´etique ~k (o`u k est le vecteur d’onde de la lumi`ere). On peut ainsi maintenir les atomes en suspension en envoyant p´eriodiquement de la lumi`ere. De plus, cette suspension des atomes contre la gravit´e ne marche que si la p´eriode T des pulses lumineux est telle que T = 2~k/mg, c’est-`a-dire que l’acc´el´eration de la gravit´e compense le transfert d’impulsion des pulses lumineux. En fait, cette technique permet de mesurer directement la gravit´e. Pour que la l´evitation soit efficace, il faut que les transferts d’impulsion se fassent avec une probabilit´e proche de 1. Ce n’est le cas que pour des pulses pour lesquels l’intensit´e varie lentement pendant le pulse (r´egime de Bragg). Dans notre cas, nous avons utilis´e des pulses d’enveloppe Gaussienne, et r´ealis´e jusqu’`a une trentaine de rebonds, nombre limit´e par la temp´erature du nuage initial (200 nK). Pendant que nous faisions ces exp´eriences qui sont d´etaill´ees dans les th`eses de J.P. Brantut et M. Robert-de-Saint-Vincent [71], un r´esultat similaire a ´et´e publi´e par l’´equipe de C. Sackett [72] , et nous avons donc choisi de nous concentrer sur un autre r´egime de fonctionnement du trampoline `a atomes : le r´egime quantique. N´eanmoins nos r´esultats sur le trampoline classique ont ´et´e publi´es dans un proceeding de conf´erence [73].
4.4.2 Trampoline quantique
On faisant l’exp´erience du trampoline ”de fa¸con sale”, c’est-`a-dire en uti-lisant des pulses lumineux de profil carr´e, nous avons d´ecouvert des franges dans le nombre d’atomes suspendus en fonction de la p´eriode T . Ces franges sont dues `a des interf´erences quantiques entre diff´erents chemins quantiques qui apparaissent `a cause de la s´eparation du paquet d’onde en plusieurs com-posantes en impulsion `a chaque pulse. Je n’ai pas l’intention ici de rentrer dans les d´etails du processus qui sont d´ecrits dans notre publication (voir page 86). Nous avons particuli`erement travaill´e sur la compr´ehension fine du ph´enom`ene, `a la fois au niveau qualitatif mais aussi quantitatif (voir les th`eses de J.-P. Brantut [60] et M. Robert-de-Saint-Vincent [71]). Par exemple, nous
avons pu mettre en ´evidence l’origine de la modulation `a fr´equence moiti´e et nous avons d´evelopp´e le calcul pr´ecis de l’ensemble du processus incluant l’ensemble des chemins quantiques et en tenant en compte pr´ecis´ement de la phase acquise `a chaque pulses lumineux par les diff´erents paquets d’onde. Ceci nous a permis notamment d’expliquer l’affinement des franges quand on arrive dans le r´egime d’interf´erence multiple (pour un nombre de rebonds sup´erieur `a 10 ou 20). L’article pr´esentant ces travaux est reproduit page 86.
4.4.3 Limites et perspectives
Notre dispositif nous permet une mesure de la gravit´e `a 4 × 10−4. Ce chiffre semble tr`es modeste au regard de l’´etat de l’art, `a la fois par rapport aux gravim`etres Raman [74] ou aussi par rapport aux mesures par oscillations de Bloch [75]. Cette diff´erence est en partie due au fait que nous n’avions pas l’ambition de r´ealiser directement une mesure de pr´ecision. Notre tram-poline quantique est un interf´erom`etre mais, pour le syst`eme de franges fon-damental, le d´ephase n’est accumul´e que sur ∼ 1 ms. Ce n’est que pour des interf´erences multiples que l’on peut r´eellement esp´erer un v´eritable gain, mais il faut pour cela s’assurer que les phases de toutes les ondes partielles soit commensurables (ce qui semble difficile dans notre sch´ema). De nouveaux sch´emas utilisant des transitions Raman pourraient ´eventuellement atteindre ce but, mais leur faisabilit´e reste `a d´emontrer [76].
Notre but initial ´etait plutˆot de d´emontrer qu’il ´etait possible de garder des atomes en suspension dans un petit volume, tout en les perturbant de fa¸con minimale et contrˆol´ee. A ce titre, notre exp´erience est positive et a montr´e l’importance de contrˆoler les d´ephasages induits par les pulses de Bragg. On peut par exemple cr´eer un interf´erom`etre entre deux chemins quantiques distincts en suspension grˆace `a des pulses de Bragg (ou Raman), c’est d’ailleurs ce qui a ´et´e fait dans la manip de C. Sackett [72]. D’apr`es moi, il n’est de toute fa¸con pas inutile de chercher des sch´emas d’interf´erom`etres alternatifs au classique Mach-Zehnder, utilisant des faisceaux Raman, qui s’est impos´e dans le domaine des mesures de pr´ecisions.
D’une fa¸con plus g´en´erale, la question se pose du gain potentiel que l’on peut atteindre en utilisant une source d’atomes condens´es pour l’in-terf´erom´etrie atomique, plutˆot qu’un nuage thermique. D’un point de vue fon-damental, comme l’interf´erom´etrie est un processus `a 1 corps, rien n’empˆeche de r´ealiser un interf´erom`etre avec des atomes thermiques et c’est d’ailleurs ce qui se fait habituellement. D’un point de vue pratique, une source d’atomes extrˆemement froids pourrait ˆetre utile pour r´eduire certains effets syst´ematiques dus `a l’expansion du nuage sur un volume important. Des d´ephasages induits par les hublots nuisent `a la pr´ecision de la mesure interf´erom´etrique et
raient r´eduits en utilisant un nuage plus petit. Nous avons une collaboration avec l’´equipe de F. Perreira Dos Santos au LNE `a Trappes pour impl´ementer notre technique de refroidissement sur leur gravim`etre de haute pr´ecision.