Coherent and non coherent atom optics experiment with an ultra-narrow beam of metastable rare gas atoms

Expériences d'optique atomique cohérente ou non avec un jet superfin d'atomes métastables de gaz rares

Jules Grucker (1)

1 LPL - Laboratoire de Physique des Lasers

In this thesis, we present a new type of atomic source: an ultra-narrow beam of metastable atoms produced by resonant metastability exchange inside a supersonic beam of rare gas atoms. We used the coherence properties of this beam to observe diffraction of metastable helium, argon and neon atoms by a nano-transmission grating and by micro-reflection-gratings. Then, we evidenced transitions between Zeeman sublevels of neon metastable 3P2 state due to the to the quadrupolar part of van der Waals potential. After we showed experimental proofs of the observation of this phenomenon, we calculated the transition probabilities in the Landau - Zener model. We discussed the interest of van der Waals - Zeeman transitions for atom interferometry. Last, we described the Zeeman cooling of the supersonic metastable argon beam (3P2). We gave experimental details and showed the first time-of-flight measurements we got of slowed atoms.

Dans cette thèse, on présente un nouveau type de source atomique: un jet superfin d'atomes métastables produit à partir de l'échange de métastabilité au sein d'un jet supersonique d'atomes de gaz rares. On a utilisé les propriétés de cohérence de ce jet pour observer la diffraction de l'hélium, de l'argon et du néon métastables par un nano-réseau par transmission et par des micro-réseaux par réflexion. Ensuite, on a mis en évidence des transitions entre sous niveaux Zeeman du niveau 3P2 du néon métastable, transitions dues au terme quadrupolaire de l'interaction de van der Waals entre l'atome et la surface. Après avoir montré les résultats expérimentaux, nous avons calculé les probabilités de transitions dans le modèle de Landau–Zener puis discuté de l'intérêt des transitions vdW-Zeeman pour l'interférométrie atomique. Enfin, on a décrit le procédé de ralentissement Zeeman du jet supersonique d'argon métastable (3P2) et montré les premiers spectres de temps de vol d'atomes ralentis obtenus.

Mots clés: Atom optics; atom diffraction; ultra-narrow beam of mestastable atoms; van der Waals-Zeeman transitions; Zeeman slower.

Mots clés: ralentisseur Zeeman; Optique atomique; diffraction atomique; jet superfin d'atomes métastables; transitions van der Waals-Zeeman; ralentisseur Zeeman.

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Jules Grucker. Expériences d'optique atomique cohérente ou non avec un jet superfin d'atomes métastables de gaz rares. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00260947⟩