Préparation et manipulation de paquets d'ondes atomiques ultrafroids
Résumé
In laser cooling the single photon recoil appears as a natural length scale. We report here on the first observation of subrecoil laser cooling in three dimensions, where we use the method of velocity-selective coherent population trapping. We cooled a cloud of metastable helium atoms to 180 nK by all optical means. The experimantal results are compared to the predictions of a theoretical model using Lévy statistics. The cold atoms are prepared in a coherent superposition of several de Broglie wavepackets. By using laser induced adiabatic tranfer we coherently manipulate these atomic wavepackets. We demonstrated adiabatic transfer into a single wavepacket or into two coherent wavepackets, while retaining the subrecoil momentum dispersion of the initial wavepackets. We thus showed that the quantized tranfer of momentum also works in two and three dimensions. The efficiency of the transfer is of the order of 90% in two dimensions and of the order of 75% in three dimensions. To a large extent, the direction of the momentum and the internal state of the atoms described by each of the final wavepackets can be chosen at will. Finally, we experimentally demonstrated velocity-selective dark states on a J = 1 → J = 0 transition and developed a simple theoretical method that allows to predict the structure of these states in momentum space
L'échelle naturelle de vitesse en refroidissement laser est la vitesse de recul communiquée à un atome initialement au repos lorsqu'il absorbe ou émet un photon. La méthode des résonances noires sélectives en vitesses permet de réduire la vitesse des atomes en-dessous de cette limite. Nous présentons les premiers résultats expérimentaux du refroidissement subrecul d'atomes d'hélium à trois dimensions par résonances noires. Nous obtenons des températures aussi basses que 180 nK par des movens tout optiques. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les prédictions d'un modèle théorique utilisant les statistiques de Lévy. Les atomes refroidis par résonances noires sont préparés dans une superposition cohérente de plusieurs paquets d'ondes de de Broglie. En utilisant le transfert adiabatique induit par laser nous avons réussi à transférer la population atomique dans un seul paquet d'onde. Nous avons démontré que le transfert fonctionne aussi à deux et trois dimensions et nous avons mesuré une efficacité de l'ordre de 90% à deux dimensions et de 75% environ à trois dimensions. Le passage adiabatique nous a permis de préparer un paquet d'onde ayant une dispersion en vitesses subrecul, ainsi qu'un état de spin et une direction choisis arbitrairement. Enfin, nous avons mis en évidence les états noirs sélectifs en vitesses sur une transition J = 1 → J = 0 et nous avons développé une méthode théorique simple qui permet de prédire la structure de ces états dans l'espace des impulsions.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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