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Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (14/03/2011), Michèle Leduc (Dir.)
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Optical traps for Ultracold Metastable Helium atoms
Juliette Simonet1

Les thématiques abordées dans ce mémoire illustrent deux spécificités des gaz ultrafroids d'Hélium métastable : la possibilité de comparer les résultats expérimentaux à des évaluations théoriques précises (niveaux d'énergie, potentiels d'interaction) et une méthode de détection originale fournie par les ionisations Penning. Nous présentons la construction et la caractérisation d'un nouveau piège magnétique offrant un large accès optique et permettant ainsi de combiner la production d'un condensat de Bose-Einstein et son chargement in situ dans un réseau optique 3D. Les fondements théoriques des expériences prévues dans ces potentiels optiques sont ensuite détaillés. Dans un piège dipolaire croisé, l'influence du champ magnétique, devenu un paramètre libre, sur les taux de collisions Penning peut être mesurée et comparée à une nouvelle évaluation théorique. Concernant l'Hélium dans des réseaux optiques, deux sujets sont développés : l'effet du confinement sur les collisions inélastiques Penning (réseau 1D), ainsi que la modélisation des pertes Penning dans un modèle de Bose-Hubbard dissipatif (réseau 3D). Enfin, nous présentons la première mesure directe de la transition dipolaire magnétique 23S1 vers 23P2, liant les familles singulet et triplet de l'Helium 4. Cette expérience de spectroscopie, réalisée en collaboration avec le groupe de W. Vassen (LaserLab - Amsterdam), allie le domaine des atomes froids aux techniques des peignes de fréquences, afin d'obtenir une précision de 5 kHz.
1:  LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel
Gaz ultrafroids – Helium – Spectroscopie – Ionisation Penning – condensat de Bose-Einstein – réseaux optiques

Optical traps for Ultracold Metastable Helium atoms
The thematics treated in this manuscript illustrate two specificities of ultracold metastable Helium gases: the ability to compare experimental measurement with precise theoretical evaluations (simplicity of the atomic structure) and to easily detect products of Penning ionisations. We present the building and the characterisation of a novel magnetic trap with large optical access, allowing to combine the production of a Bose-Einstein condensate with its in situ loading into a 3D optical lattice. The theoretical fundaments of the experiments planned in those optical potentials are then detailed. In a crossed dipole trap, the influence of the magnetic field, now a free parameter, on the Penning collision rates can be measured and compared to a new theoretical evaluation. Concerning Helium in optical lattices, two subjects are developped: the effect of the confinement on the inelastic Penning collisions (1D optical lattice) and the modelisation of the Penning losses via a dissipative Bose-Hubbard model (3D lattice). Finally we present the first direct measurement of the dipolar magnetic transition 23S1 to 23P2, linking the singlet and triplet families in Helium 4. This spectroscopy experiment, realised in collaboration with the group of W. Vassen (LaserLab - Amsterdam), combines cold atoms knowledge with the frequency comb technique, in order to reach an accuracy of 5 kHz.
Cold atoms – Helium – Spectroscopy – Penning ionization – Bose-Einstein condensates – optical lattices

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