Les projets de l expérience Rb I : au-delà du potentiel harmonique Sabine Stock Vincent Bretin Peter Rosenbusch Jean Dalibard.

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1 Les projets de l expérience Rb I : au-delà du potentiel harmonique Sabine Stock Vincent Bretin Peter Rosenbusch Jean Dalibard

2 Utiliser un laser vert pour créer une force dipolaire répulsive: Laser vert à 532 nm (YAG doublé) crée une force dipolaire répulsive pour les atomes waist = 20 m P max = 200 mW U 0 max = 27 K 5 mW 10 mW 20 mW 40 mW -30 m 30 m 7 K 4 Fréq. caractéristique:

3 III Zone III: Potentiel = 1/2 m 2 x 2 III Au-dessous de l inversion du potentiel P = 5 mW II Zones II: Potentiel plus raide que quadratique II I Zone I: U 0 Potentiel harmonique où

4 Exploration du régime de la rotation critique force centrifuge + force de piegeage = 0 seule la force de Coriolis agit sur les atomes Force de Coriolis: Force de Lorentz ( sur des particules chargés dans un champ B=2(m/q) ): cette analogie mène au régime de leffet Hall Pour un gaz datomes mis en rotation autour de laxe z il existe une fréquence de rotation critique c où:

5 Exploration du régime de la rotation critique Problème dans un piège harmonique: le centre de masse du nuage datomes est déstabilisé dans une fenêtre [ -, + ] autour de c, où est relié à la symétrie du potentiel tournant (cf P.Rosenbusch et al, Critical Rotation of a Harmonically Trapped Bose Gas, PRL 88, 250403 (2002) ) Par contre cette instabilité nexiste plus dans un piège plus raide on peut espérer explorer ce régime ( cf Tin-Lun Ho, Bose-Einstein Condensates with Large Number of Vortices, PRL 87, 060403 (2001) )

6 Tentative expérimentale - diminution de la fréquence transverse Excitation percussionnelle par la cuillère décentrée provoque une oscillation du BEC dans le piège: Allumage du verdi pendant l évaporation transition BEC t TdV t ajustable excitation par la cuillère Resultat: on trouve des oscillations de la position du BEC avec le temps, dont la période correspond à la fréquence du piège

7 Premiers résultats expérimentaux On attend alors une décroissance en racine de la fréquence lorsque U 0 augmente: Explication pour la re-augmentation aux puissances fortes?... ( 15 % arrive sur les atomes)

8 9.8 mW Annuler le terme quadratique fabriquer un potentiel quartique situation plus proche de larticle original de Einstein (condensation dans une boîte): les atomes condensent seulement dans lespace des impulsions, et non dans lespace réel étudier la dynamique de la transition BEC dans un tel potentiel

9 Création dun piège toroïdal

10 Limitations sur le potentiel anneau 60 mW40 mW20 mW -30 m 30 m 7 K On ne veut pas se placer trop dans les ailes de la gaussienne, c.à.d. pas trop loin de la force maximale: 1. La hauteur de la bosse:

11 2. La symétrie du tore … Limitations sur le potentiel anneau A cause de la gravité on na pas une symétrie de rotation parfaite g C est possible quon narrive jamais à un piège bien rond

12 Formation d un vortex dans le piège toroïdal Après la condensation dans le piège toroïdal on met la cuillère pour entraîner les atomes L = m r 2 ħ r : distance du minimum du piège au centre pour la nucleation d un vortex il faut que r 20 m /2 = 0.3 Hz (très lente!!) Remarque 1: Pour que la rotation de la terre ( ) suffise pour nucléer un vortex il ne faut qu un un trou de r 3.2 mm

13 Remarque 2: Pour des fréquences de rotation plus élévées on devrait exciter des vortex multi-chargés… qui ne sont pas stables dans un piège harmonique Methode de diagnostic: - enlever le laser vert en baissant adiabatiquement sa puissance - observer les propriétes du condensat harmonique comme d habitude

14 Condensation libre dans un état rotationel Qqs ordre de grandeur: 1) pour N atomes il faut quau moment de la condensation: 2) raisonnement classique: N 25 000 atomes peut-être faisable pour des petits N

15 Imprimer une phase Principe: déphaser localement la fonction donde du BEC en appliquant un light shift dépendant de la position Exemple: Mettre un masque dabsorption sur le trajet dun faisceau non-résonnant introduit une phase A dans le BEC (A I,t) Problème: singularité de phase au centre Autre possibilité (pour le BEC en anneau): Varier lintensité de la cuillère pendant un tour

16 Qqs petits effects qui restent à comprendre… Expérience: Laisser le laser vert allumé pendant toute la période d évaporation, éteindre le verdi et le champ magnétique en même temps, prendre l image selon la direction longitudinale après 24 ms de TdV on aperçoit des franges d interférence

17 Sans laser vert: Imagérie transverse après 24 ms TdV on a trouvé des franges au bout du condensat… comme sil y avait une fuite au bout du cigare 24 ms TdV Verification avec un TdV de seulement 16 ms: On trouve toujours des franges: