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Fiche détaillée Thèses
Université Paris Sud - Paris XI (09/02/2007), Chris WESTBROOK (Dir.)
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THERMOMÉTRIE ET PROPRIÉTÉS DE COHÉRENCE
D'UN GAZ QUANTIQUE ULTRA-FROID D'HÉLIUM MÉTASTABLE
José Carlos Viana Gomes1

En 2001, la condensation de Bose-Einstein (CBE) a été obtenue sur un gaz d'hélium métastable (He*). L'état métastable a un temps de vie de 9000 sec et une énergie interne de 20 eV. Cette énergie peut être utilisée pour détecter ces atomes avec une galette de micro-canaux. La très bonne réponse temporelle et le fort gain de ce détecteur ont permis une expérience de corrélation de densité similaire à celle de R. Twiss et R. Hanbury Brown (HBT) en optique. D'autre part, les collisions non élastiques dans l'échantillon d'He* produisent un flux d'ions, faible mais détectable, proportionnel à la densité du nuage. Ce flux permet de suivre la densité atomique vers la CBE, passant par la transition de phase, en temps réel et de manière non invasive.
Dans cette thèse nous rendons compte de trois expériences différentes : i) la détermination des constantes d'ionisation à deux et trois corps pour l'He*, ii) la détermination de la longueur de diffusion, a, de l'He* et iii) la mesure de la fonction de corrélation d'intensité d'un nuage d'He* en chute libre. Il a été montré postérieurement à notre mesure de a que celle-ci était entachée d'une erreur systématique dont nous proposons une explication. Nous décrivons des techniques de mesure de la température et de la fugacité d'un nuage thermique. Finalement un part importante de la thèse est dévolue à la dérivation d'une expression analytique de la fonction de corrélation d'intensité du flux atomique. Cette analyse a permis d'obtenir des valeurs typiques pour les longueurs de corrélation, transverse et longitudinale, et de confirmer la possibilité de réaliser une expérience de type HBT sur notre montage expérimental.
1 :  LCFIO - Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique
lcf-oa
Condensation de Bose-Einstein – Hélium Métastable – Longueur de diffusion – Hanbury Brown & Twiss – Thermometry d'Atoms Froid – Transition de Phase – Fonction de Corrélation de Densité – Flux Atomique

THERMOMETRY AND COHERENCE PROPERTIES OF A ULTRACOLD QUANTUM GAS OF METASTABLE HELIUM
In 2001 metastable Helium (He*) attained Bose-Einstein condensation (BEC). The metastable state has a lifetime of 9000 sec and an internal energy of 20 eV. This energy can be used to detect individual atoms using a micro-channel plate. The extremely good time response and high gain of this detector makes it possible to carry out a density correlation measurement (HBT) with massive particles similar to the pioneering experiment of R. Hanbury Brown and R. Twiss in optics. In addition, inelastic collisions between He* atoms produce a small but detectable flux of ions proportional to the cloud's density. This allows one to follow the evolution of the cloud's density toward BEC, passing through the phase transition, in real time and in a non invasive way.
In this dissertation we report on three different experiments: i) the determination of the two- and three-body ionizing rate constants of He*; ii) the determination of a, the He* scattering length; iii) the measure of the intensity correlation function of a falling He* cloud. It has been shown lately that our measure of a was affected by a large systematic error and we propose a possible explanation. We describe methods to determine the temperature and fugacity of a thermal cloud. Finally a major portion of the thesis is devoted to the derivation of an analytical expression for the intensity correlation function of the atomic flux. This theoretical analysis has derived typical values for the transverse and longitudinal atomic coherence length that confirmed the possibility of performing a HBT experiment with our apparatus.
Bose-Einstein Condensation – Metastable Helium – Scattering length – Hanbury Brown & Twiss – Cold Atoms' Thermometry – Phase Transition – Density Correlation Function – Atomic Flux