Condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable

Abstract

We present in this thesis the experimentalachievement of Bose-Einstein condensation of polarized metastable$2^3S_1$ helium atoms. First, we summarize the theoreticalpredictions on elastic and inelastic collision rates betweenpolarized metastable helium atoms. Our hope of reachingBose-Einstein condensation of metastable helium relied on thosepromising predictions. We then decribe the experimental set-up wehave built. The technique we use consists in pre-cooling a sampleof gar in a magneto-optical trap which is loaded from an intenseand Zeeman slowed atomic beam. The density in the magneto-opticaltrap is limited by very high inelastic collision rates, which westudied for a wide range of trapping parameters. The cold gas isthen transferred in a magnetostatic trap, where it is furthercooled by evaporative cooling, down to the threshold of quantumdegeneracy. We measured lifetimes of the atoms in themagnetostatic trap of the order of one minute, which shows thatinelastic collisions are suppressed by two orders of magnitudewhen the atoms are polarized. Using a purely optical detectionscheme, based on the absorption of a resonant laser beam whichtravels through the cloud, we have been able to demonstrateBose-Einstein condensation. Finally, from the measurements of thenumber of atoms and the size of the condensate, we have deduced anestimate for the scattering length, $a=(16\pm8)$ nm.Nous présentons dans cemémoire la réalisation expérimentale de la condensation deBose-Einstein de l'hélium métastable $2^3S_1$ polarisé. Nouscommençons par y résumer les prédictions théoriques concernant lestaux de collisions élastiques et inélastiques entre atomesmétastables polarisés. Ce sont sur ces prédictions trèsencourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensationde Bose-Einstein de l'hélium métastable. Nous présentons ensuitele dispositif expérimental que nous avons construit. La techniqueque nous avons utilisée consiste à pré-refroidir un échantillon degaz dans un piège magnéto-optique, que l'on charge à partir d'unjet atomique intense et ralenti. La densité dans le piègemagnéto-optique est limitée par de très forts taux de collisionsinélastiques assistées par la lumière, que nous avons mesurés pourune large gamme de paramètres de piégeage. Le gaz piégé estensuite transféré dans un piège magnétostatique où il est refroidipar la technique du refroidissement évaporatif jusqu'au seuil dedégénérescence quantique. Nous avons mesuré des temps de vie desatomes dans le piège magnétique de l'ordre de la minute, ce quidémontre que les collisions inélastiques sont supprimées par aumoins deux ordres de grandeur dès lors que les atomes sontpolarisés. A l'aide d'une méthode de détection purement optique,basée sur l'absorption d'un faisceau laser résonnant à latraversée du nuage atomique, nous avons pu mettre en évidence lacondensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombred'atomes et de la taille du condensat, nous avons déduit uneestimation de la longueur de diffusion, $a=(16\pm8)$ nm

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oai:HAL:tel-00002267v1Last time updated on 11/8/2016

This paper was published in Thèses en Ligne.

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