de la condensation de bose-einstein à leffet hanbury brown & twiss de lhélium métastable...
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De la condensation de Bose-Einsteinà l’effet Hanbury Brown & Twiss
de l’hélium métastable
travail de thèse effectué aulaboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique
Plan de l’exposéLe groupement de bosons
PrésentationCorrélation et indépendanceL’amplitude du groupementFonction de corrélationManifestation expérimentale
Comment mesurer le groupement ?
Expansion des nuagesRôle du détecteur
Modifications du montage expérimental
Un nouveau détecteurModifications réalisées
Perspectives d’évolution
probabilité
Plan de l’exposéLe groupement de bosons
PrésentationCorrélation et indépendanceL’amplitude du groupementFonction de corrélationManifestation expérimentale
Comment mesurer le groupement ?
Expansion des nuagesRôle du détecteur
Modifications du montage expérimental
Un nouveau détecteurModifications réalisées
Perspectives d’évolution
probabilité
Le groupement de bosonsIntroduction
Question : « Qu’est-ce qu’un boson ? »C’est une particule de fonction d’onde symétrique.
Symétrie = échange de deux particules.
Question : « Quelle est la probabilité de détecter une particule secondes après une autre ? »
Le groupement de bosons
Expérience de type « Hanbury Brown & Twiss »
Corréler les intensités
Introduction
source
corrélation
Davantage de corrélations quand les détecteurs sont « superposés »
Le groupement de bosons
longueur de cohérence = taille des tavelures
Le groupement : approche ondulatoire
L
lcohérence.
Optique :
Optique atomique :
L
l dBcohérence
.
Le groupement de bosonsLe groupement : approche ondulatoire
Interprétation ondulatoire : tout s’expliquele « groupement »la longueur de corrélation
Interprétation corpusculaire :manifestation des interférences = groupement des photonspas d’interaction
Le groupement de bosons
Question : « Quelle est la probabilité de détecter une particule secondes après une autre ? »
Corrélation et indépendance
t1 t2
t
t3 t4
Le groupement de bosons
Question : « Quelle est la probabilité de détecter une particule secondes après une autre ? »
Corrélation et indépendance
t1 t2
t
t3 t4
Le groupement de bosons
Question : « Quelle est la probabilité de détecter une particule secondes après une autre ? »
Corrélation et indépendance
1
g(2)()
t1 t2
t
t3 t4
Le groupement de bosons
Question : « Quelle est la probabilité de détecter une particule secondes après une autre ? »
Corrélation et indépendance
lcorr
Le groupement de bosons
Explication par la mécanique quantique
Toutes les amplitudes de probabilité s’additionnent (pour des bosons).
Les amplitudes interfèrent
On mesure des intensités (l’arrivée d’atomes).
ceci donne des interférences
L’amplitude du groupement
Le groupement de bosonsL’amplitude du groupement
a b
1 22
1221
ba
2
1221 baba 2
2
12212
baba 21
Le groupement de bosonsFonction de corrélation
bosons « thermiques »
Le groupement de bosons
a b
1 22
1221
ba
2
1221 baba 2
2
12212
baba 21
11
11 ba
1112ba
L’amplitude du groupement
Le groupement de bosonsFonction de corrélation
bosons « thermiques »
condensat pur
Le groupement de bosonsManifestation expérimentale
Manifestation du groupementCollisions
Plus g(2)(0) augmente, plus il y a de collisionscondensationsuppression du groupementg(2) diminue
Sur des images en absorptionCorrélation sur le bruit des images
Nature 434, 481 (2005)
Phys. Rev. Lett. 79, 337 (1997)
Phys. Rev. Lett. 77, 3090 (1996)
Comptage d’atomes individuelsC’est une mesure de g(2) directe et sensiblePremière expérience : Yasuda & Shimizu (96)
Plan de l’exposéLe groupement de bosons
PrésentationCorrélation et indépendanceL’amplitude du groupementFonction de corrélationManifestation expérimentale
Comment mesurer le groupement ?
Expansion des nuagesRôle du détecteur
Modifications du montage expérimental
Un nouveau détecteurModifications réalisées
Perspectives d’évolution
x,y,t
Le principe de la mesure :
montage expérimental
Comment mesurer le
groupement ?
On enregistre les positions et les instants de chaque détection d’atome.
Le détecteur
Le nuage d’atomes
Questions ?
Expansion des nuages :connaissances sur la densitétraduction sur g(2) ?
Rôle du détecteurdiscrétisation atténuation
Expansion des nuages
Comment mesurer le groupement ?
Expansion
Comment mesurer le groupement ?
Expansion des nuages
?
lr tlr
r tm
p
lp mlr
Propriétés du piège
Le groupement de bosons
Approche optique pas de « groupement » longueur de cohérence (taille des tavelures)
Le groupement : approche optique
champ lointain tl Tcohérence .
L
lcohérence.
Optique :
Optique atomique :
L
l dBcohérence
.
Existe-t-il un changement d’échelle ?
Expansion des nuages
Comment mesurer le groupement ?
Conditions de validité ?
Si oui, on connaît tous les moments
densité
G(2)
Calcul sur la densitéCalcul valide pour un gaz parfait
Comment mesurer le groupement ? Expansion des nuages
21)( tt ii
Ou pour un gaz totalement condensé et très anisotrope
yxz ,/ t.
Comment mesurer le groupement ? Rôle du détecteur
pixellisationdiscrétisation
moyennage problème de résolution
histogrammes
Discrétisation
Longueur de corrélation :
31 m x 760 m x 250 s résolution > 30 m chute du signal
g(2)()
Comment mesurer le groupement ? Rôle du détecteur
%
K
amplitude de signalen fonction de la température
K
(mm)
Longueur de corrélation :
31 m x 760 m x 250 s résolution > 30 m chute du signal
Conclusion
séparation entre deux détections : r (mm)
g(2)
(r)
Hanbury Brown Twiss Effect for Ultracold Quantum GasesPublié en ligne le 15 September 2005 dans Science Express Reports
Conclusion
séparation entre deux détections : r (mm)
g(2)
(r)
Hanbury Brown Twiss Effect for Ultracold Quantum GasesPublié en ligne le 15 September 2005 dans Science Express Reports
Plan de l’exposéLe groupement de bosons
PrésentationCorrélation et indépendanceL’amplitude du groupementFonction de corrélationManifestation expérimentale
Comment mesurer le groupement ?
Expansion des nuagesRôle du détecteur
Modifications du montage expérimental
Un nouveau détecteur Modifications réalisées
Perspectives d’évolution
Montage expérimental Un nouveau détecteur
8 cm
Montage expérimental Un nouveau détecteur
Perte de sensibilité
Montage expérimental Un nouveau détecteur
Quelle est sa résolution ?Fonctionnement d’une ligne à retard
La résolution, c’est le temps de propagation
400 ps
500 m
Longueur de corrélation :
31 m x 760 m x 250 s
Montage expérimental Modifications réalisées
détecteur 3D
détecteur d’ions
accès optique
Perspectives d’évolution
Un système de comptage Collision de condensats
création de paires corrélées
Un détecteur tridimensionnel mieux distinguer les nuages de formes
différentes
mieux repérer les faibles fractions condensées
étude de la croissance du condensat
mieux repérer la température de transition
(aussi avec les ions)
Perspectives d’évolution
Rôle des interactions Prévoir leur influence sur g(2)
Cas des nuages 1D
De nouveaux accès optiques créer des potentiels de piégeage optique : réseaux
manipulation du nuage atomique : séparer et recombiner
L’équipe He*
Les anciensOlivier SirjeanSigne Seidelin
Le groupement de bosons
Jose GomesRodolphe HoppelerMartijn SchellekensAurélien Perrin
Les nouveauxValentina KrachmalnicoffHong Chang
Les permanentsAlain AspectChris WestbrookDenis Boiron
FIN
Rôle des interactions sur g(2)
(hors champ moyen)dans le piège ?après expansion ?
Comment mesurer le groupement ? Rôle des interactions
Les interactions dans le piègeinfluence aux courtes distances
simplification modèle de sphère durel’effet sur g(2) est-il perturbatif ?
Comment mesurer le groupement ? Rôle des interactions
effet dramatique
résultat dans le piège (pour un gaz thermique)
après expansion, l’effet est-il toujours présent ?
Montage expérimental Description du montage originel
Injecter l’hélium
Montage expérimental Description du montage originel
Exciter l’hélium
Montage expérimental Description du montage originel
Ralentir le jet atomique
Montage expérimental Description du montage originel
Piéger les atomes
PMO
Montage expérimental Description du montage originel
Refroidir les atomes
PM
Montage expérimental Description du montage originel
Caractéristiques
PM
fréquences d’oscillation :rad.s-1
rapport d’aspect 25
nombre d’atomes :dans un nuage thermique : qqes 106
dans un condensat pur : qqes 105
température critique :de l’ordre de 1 K
11352 472// rad.s-1
Montage expérimental Modifications réalisées
Encombrement du détecteur
Montage expérimental Modifications réalisées
Déplacer la table optique
avant après
Le groupement de bosonsSymétrisation
Interférences : qu’est-ce qui interfère ?Les amplitudes de probabilités. (ex: interféromètre de Michelson)
Principe de l’expérience de Hanbury Brown & TwissCorréler les intensités
L’amplitude de probabilité est toujours bruitéeLe bruit n’est pas forcément corrélé aux fluctuations du signal
Notre expérience est sur le même principe.On observe des intensités(On symétrise quand même sur les amplitudes)
Le groupement de bosonsSymétrisation
{|i}i[1,n]
Détection de n particules parmi n.
|1|2|3…|nn! possibilités
|état=1/n! | | | …|
Si le détecteur ne fait pas la distinction :A détecté = 1/n! x n! = n!P détecté = n!
2
n(n-1) |état=1/n(n-1) | |
A détecté = n(n-1)P détecté = 2
Probabilité du tirage :2
)1(2
nnCn
Calcul valide pour un gaz isotropeparfait
résoudre
oudans la limite de Thomas-Fermi
résoudre
Ou pour un gaz totalement condensé et très anisotrope
Comment le mesurer? Expansion des nuages
Comment mesurer le groupement ? Rôle du détecteur
Moyennage
Longueur de corrélation :
31 m x 760 m x 250 s
Montage expérimental Description du montage originel
condensat
gaz thermique
d
Refroidir pour condenser
Montage expérimental Description du montage originel
d
Densité du nuage dans l’espace des phases
p
r
condensat gaz thermique
612,2. 3 dBn
..941,0 3/1NTk cB
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