Application of Bloch oscillations and atomic interferometry for the measurement of the h/m ratio and the determination of the fine structure constant.
Application des oscillations de Bloch d'atomes ultra-froids et de l'interférométrie atomique à la mesure de h/m et à la détermination de la constante de structure fine.
Résumé
It is possible to determine the h/mRb ratio between the Planck constant and the mass of the atoms, and then to deduce a value of the fine structure constant alpha, from the accurate measurement of the recoil velocity of an atom absorbing a photon. To perform this measurement we combine the high efficiency of Bloch oscillations with the high sensitivity of a Ramsey-Bordé interferometer. The Bloch oscillations technic allows us to transfer a large number of recoils to the atoms (up to 1600 recoil momenta). An interferometric Ramsey-Bordé velocity sensor, based on velocity selective Raman transitions, allows us to measure the momentum transferred to the atoms. A measurement with a statistical uncertainty of 3 ppb, in conjunction with a careful study of systematic effects (3.4 ppb), lead us to a determination of alpha with an uncertainty of 4.6 ppb. It is the best determination of alpha, independent from quantum electrodynamics.
Il est possible de déterminer le rapport h/mRb à partir de la mesure précise de la vitesse de recul vr= hbar k/mRb d'un atome de Rubidium qui absorbe ou émet un photon, associée à une connaissance précise de la longueur d'onde du photon. Nous déduisons du rapport h/mRb une valeur de la constante de structure fine.
Afin de mesurer précisément la vitesse de recul de l'atome, nous lui transférons de façon cohérente un très grand nombre d'impulsions de recul à l'aide de la méthode des oscillations de Bloch. Un senseur inertiel interférométrique de type Ramsey-Bordé symétrique à base de transitions Raman stimulées sélectives en vitesse permet de mesurer par effet Doppler, la variation de vitesse des atomes. Nous présentons une nouvelle détermination de la constante de structure fine présentant une incertitude statistique de 3 ppb. Un étude détaillée des effets systématiques est présentée. L'incertitude associée aux effets systématiques est de 3,4 ppb. L'incertitude finale résultant de cette nouvelle détermination de la constante de structure fine est de 4,6 ppb. Il s'agit de la détermination de la constante de structure fine la plus précise, indépendante de l'électrodynamique quantique.
Afin de mesurer précisément la vitesse de recul de l'atome, nous lui transférons de façon cohérente un très grand nombre d'impulsions de recul à l'aide de la méthode des oscillations de Bloch. Un senseur inertiel interférométrique de type Ramsey-Bordé symétrique à base de transitions Raman stimulées sélectives en vitesse permet de mesurer par effet Doppler, la variation de vitesse des atomes. Nous présentons une nouvelle détermination de la constante de structure fine présentant une incertitude statistique de 3 ppb. Un étude détaillée des effets systématiques est présentée. L'incertitude associée aux effets systématiques est de 3,4 ppb. L'incertitude finale résultant de cette nouvelle détermination de la constante de structure fine est de 4,6 ppb. Il s'agit de la détermination de la constante de structure fine la plus précise, indépendante de l'électrodynamique quantique.