Photoassociation d'atomes de césium froids. Formation et caractérisation d'un nuage froid de molécules diatomiques de césium.
Résumé
In a photoassociation process, two colliding cold cesium atoms absorb one photon to form an ultracold molecule, electronically excited in a well defined ro-vibration level. Because of the small initial kinetic energy of the free atoms, the photoassociation is resonant and permits high resolution spectroscopy of long-range states. We report spectra for states correlated to the excitated limit 6S+6P. The 1u (6S+6P3/2) state is a pure long-range molecules. It hardly consists in a molecule, but rather in a pair of two atoms linked at 1,5 nm by the multipolar electrostatic interaction. The intensity modulation of spectral lines for a given vibrationnal progression reflects the nodal structure of the radial s-wave function of two ground state atoms. The photoassociation of the state 0g-(6S +6P3/2) of polarized atoms permits to determine the scattering length of the triplet state of cesium (aT = -530 a0) and the Van der Waals parameter of the molecular ground state (C6 = 6510 u.a.). Photoassociation of cold cesium atoms also leads to the formation of translationnaly cold molecules in singulet and triplet fundamental states after spontaneous emission of the excitated molecules. Various schemes are characterized. The particular double-well shape of 0g-(6S+6P3/2) and 1u(6S+6P3/2) states creates a Condon point at intermediate distance. These states constitute ideal cases for very efficient formation of cold molecules. The cold molecular cloud is analyzed : temperatures as low as 20 microKelvins are measured and the distribution of the ro-vibrationnal levels is studied. The efficiencies of the photoassociation process and of the formation of cold molecules are measured, and compared with theoretical calculations.
Dans un processus de photoassociation, deux atomes froids de césium absorbent un photon au cours de leur collision pour former une molécule froide électroniquement excitée dans un niveau de rotation et de vibration défini. L'énergie cinétique initiale des atomes libres étant très faible, le processus est résonnant et permet d'effectuer une spectroscopie à haute résolution qui donne accès à des niveaux de vibration de grande élongation, proches de la limite de dissociation. Nous présentons dans cette thèse les spectres des états corrélés à la limite 6S+6P et mettons en évidence le caractère purement longue distance de l'état 1u (6S+6P3/2). Cet état consiste en une paire d'atomes uniquement lié à 1,5 nm par l'interaction électrostatique multipolaire. La modulation de l'intensité des raies pour une progression vibrationnelle donnée reflète la structure nodale de la fonction radiale en onde s de deux atomes en collision dans l'état fondamental. La photoassociation par excitation de l'état 0g-(6S +6P3/2) d'atomes polarisés permet de déterminer les valeurs de la longueur de diffusion de l'état triplet du césium (aT = -530 a0) et du coefficient de Van der Waals de l'état fondamental moléculaire (C6 = 6510 u.a.). La photoassociation d'atomes froids de césium permet aussi la formation de molécules froides dans l'état fondamental singulet ou triplet après émission spontanée des molécules photoassociées. Différents schémas de formation sont caractérisés. Notament, les potentiels en double-puits 0g-(6S+6P3/2) et 1u(6S+6P3/2) présentent un point de Condon à distance intermédiare et constituent un cas idéal pour la formation de molécules froides. Le nuage moléculaire froid est analysé : des températures aussi basses que 20 microKelvins ont été mesurées et la distribution des niveaux de rotation et de vibration est étudiée. Les efficacités pour la réaction de photoassociation et pour la formation de molécules froides sont mesurées et comparées aux calculs théoriques.