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Thèse Année : 1998

Dynamique collisionnelle des gaz d'alcalins lourds : du refroidissement évaporatif à la condensation de Bose-Einstein

Résumé

One can reach the quantum degeneracy regime for a dilute alkali
gas using evaporative cooling in a magnetic trap. This technique
relies on elastic collisions between cold atoms. In order to
employ this method with cesium atoms, we have studied the elastic
cross section. We report a strong temperature dependance of the
s-wave cross section. This behavior is explained by a zero energy
resonance. In addition, we observe strong limitations on the gain
in phase-space density due to inelastic collisions. The increase
of spatial density as a result of evaporative cooling enhances the
probability of inelastic collisions. The inelastic rate for the
stretched state and the lower hyperfine level of cesium was found
to be huge in comparison with other alkalis. In both cases, the
temperature dependance of these inelastic rates was investigated.
For the lowest hyperfine level, a run-away evaporation has been
observed, and a gain of more than five orders of magnitude in
phase space density is reported. Nevertheless, the degeneracy
regime was not reached because of depolarizing collisions. For the
lowest hyperfine level, a strong dependance on the magnetic field
was observed. The experiment was adapted for rubidium 87, and
Bose-Einstein condensation was achieved. The characterization of
the condensate and the measurement of its lifetime are reported at
the end of the thesis.
L'étude du régime de dégénérescence quantique pour les gaz dilluées d'alcalins a
été rendue possible grâce à l'utilisation du refroidissement évaporatif dans les
pièges magnétiques. Cette technique repose sur les collisions élastiques entre atomes
froids. Pour étendre cette méthode au cas des atomes de césium 133, nous avons
étudié la section efficace de collision élastique de ces atomes. Nous avons mis
en évidence une forte variation de cette dernière avec la température, traduisant
l'existence d'une résonance à énergie nulle. Nous avons ensuite montré la limitation
du gain dans l'espace des phases, due aux collisions inélastiques qui prennent place
au sein du gaz. Pour les deux états a priori bien adaptés à une expérience de
condensation, l'état foublement polarisé F=m=4 et l'état hyperfin inférieur F=-m=3, nous
avons mesuré des taux de collisions inélastiques exceptionnellement élevés en comparaison
de ceux des autres alcalins. Dans les deux cas, la dépendance en température de ces taux
a été systématiquement étudiée. Pour l'état hyperfin inférieur, un emballement du refroidissement évaporatif a néanmoins permis de gagner plus de cinq ordres de grandeur dans l'espace des
phases, mais les collisions inélastiques ne nous ont pas permis d'atteindre le seuil de
condensation de Bose-Einstein. Pour cet état, une forte dépendance en champ magnétique du taux
inélastique a de plus été observé. L'expérience a ensuite été adaptée aux atomes de rubidium 87,
et a conduit à l'observation de la condensation de Bose-Einstein. La caractérisation du condensat
et sa durée de vie sont détaillées dans la thèse.
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Dates et versions

tel-00001134 , version 1 (22-02-2002)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00001134 , version 1

Citer

David Guéry-Odelin. Dynamique collisionnelle des gaz d'alcalins lourds : du refroidissement évaporatif à la condensation de Bose-Einstein. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001134⟩
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