Mixtures of Bose and Fermi superfluids - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Mixtures of Bose and Fermi superfluids

Mélanges de superfluides de Bose et de Fermi

Résumé

Manifestations of Quantum Physics at the thermodynamical level are found in a broad range of physical systems. A famous example is superfluidity, discovered at the beginning of the 20th century and found in many different situations, from liquid helium to neutron stars. Dilute ultracold gases offer a unique versatility to engineer quantum many-body systems, which can be directly compared with theory thanks to the controllability of their environment. In this thesis we present several experimental investigations led on ultracold lithium gases. Lithium provides the possibility to study ensembles of bosons and fermions, with controllable interactions between the constituents. We present experimental techniques for preparation and studies of degenerate gases of lithium, with prospects for improvement of the existing methods. We first report on an investigation of three-body recombination of bosons under a resonant two-body interaction. This study, quantitatively compared with theory constitutes a benchmark for further studies of the unitary Bose gas. Finally, we present the first experimental realization of a mixture of a Bose superfluid with a Fermi superfluid. We demon- strate that both components are in the superfluid regime, and that the counter-flow motion between them possesses the characteristics of superfluid flow, with the absence of viscosity below a critical velocity, and an onset of friction above. Using collective oscillations of the mixture, we measure the coupling between the two superfluids in close agreement with a theoretical model.
On trouve des manifestations de la physique quantique au niveau thermodynamique dans de nombreux systèmes. Un exemple marquant est la superfluidité, découverte au début du 20ème siècle, que l’on retrouve de l’hélium aux étoiles à neutrons. Les gaz dilués ultra-froids offrent une polyvalence unique pour étudier des systèmes quantiques macroscopiques, pouvant directement tester les théories grâce à un environnement contrôlé. Dans cette thèse, nous présentons plusieurs études expérimentales de gaz froids de lithium. Le lithium fournit la possibilité de réaliser des ensembles de bosons et de fermions, avec des interactions contrôlables entre les constituants. Nous présentons les techniques utilisées pour préparer et étudier des gaz dégénérés de lithium, et une amélioration possible des méthodes existantes. Nous décrivons premièrement une étude de la recombinaison à trois bosons avec une interaction à deux corps résonante. Comparés quantitativement à la théorie, ces résultats fournissent une référence pour les études futures du gaz de Bose unitaire. Pour finir, nous présentons la première observation expérimentale d’un mélange de superfluides de Bose et de Fermi. Nous démontrons que les deux composants sont superfluides et que leur écoulement relatif vérifie les propriétés des écoulement superfluides, avec une absence de viscosité en dessous d’une vitesse critique puis la présence de dissipation au-delà. En utilisant des excitations collectives de ce mélange, nous mesurons l’interaction entre les deux superfluides, en accord avec un modèle théorique.
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Dates et versions

tel-01087312 , version 1 (25-11-2014)
tel-01087312 , version 2 (21-12-2014)
tel-01087312 , version 3 (15-04-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01087312 , version 1

Citer

I. Ferrier-Barbut. Mixtures of Bose and Fermi superfluids. Physics [physics]. Ecole Normale Superieure, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01087312v1⟩
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