Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
L’optique et l’interférométrie atomique ont considérablement fait progresser le refroidissement d’atomes par laser. Des applications spectaculaires comme la lithographie atomique, les senseurs inertiels atomiques et les horloges atomiques s’en trouvent considérablement améliorées. L’article s’attarde sur le fonctionnement de ces deux derniers systèmes, pour lesquels le ralentissement des atomes induit un accroissement du temps d’interaction, tandis que leur refroidissement autorise une augmentation du contraste des franges d’interférence.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Philippe BOUYER : Chargé de recherche au CNRS - Groupe d’optique atomique, laboratoire Charles-Fabry, Institut d’optique (Orsay)
-
Arnaud LANDRAGIN : Chargé de recherche au CNRS - Systèmes de référence temps-espace (SYRTE), Observatoire de Paris
INTRODUCTION
Depuis les années 1980, le domaine du refroidissement d’atomes par laser a pris une importance considérable et a entraîné, outre l’attribution du prix Nobel en 1998 à C. Cohen-Tannoudji, W. Phillips et S. Chu, l’essor d’un nouveau domaine : l’optique et l’interférométrie atomiques. Dès 1990, on a vu apparaître un grand nombre d’expériences de principe montrant que l’optique atomique était une réalité présentant un fort potentiel, tant pour la physique fondamentale que pour les applications.
Tout particulièrement, outre les horloges atomiques à atomes froids, deux domaines supplémentaires d’applications semblaient particulièrement prometteurs. D’un côté, un nombre important de laboratoires se consacrait à la réalisation d’éléments de base de l’optique atomique, avec une mention spéciale pour les miroirs à atomes et les structures diffractives (voir les numéros spéciaux particulièrement consacrés à cette thématique comme « Journal of the Optical Society of America B » [1] ou « Special Issue on Atom Optics of Appl. Phys. B » [2] qui offre un recueil des publications des meilleurs groupes de recherche dans le monde). La possibilité de diriger et surtout de focaliser un faisceau d’atomes ouvrait alors la voie à une application potentiellement spectaculaire : la lithographie atomique. Dans ce domaine particulier, l’idée était d’utiliser une figure d’interférence optique pour exercer des forces très localisées sur les atomes et ainsi reproduire la figure optique sur le faisceau atomique.
Le domaine particulier de l’interférométrie atomique a lui aussi évolué rapidement. Après les premières démonstrations, le domaine s’orientait vers l’exploration de nouveaux types d’interféromètres. La sensibilité extrême de ces appareils permettait d’utiliser ces interféromètres pour mettre en évidence des effets spectroscopiques, des effets spécifiques à l’évolution des ondes de matière, ou à la mesure de constantes fondamentales.
Mais c’est une autre application qui se révèle très prometteuse pour l’avenir : les senseurs inertiels atomiques [3].
Un autre événement important est ensuite venu révolutionner le domaine de l’optique et de l’interférométrie atomiques. En effet, l’année 1995 a vu le succès de la réalisation de condensats de Bose-Einstein à partir d’un gaz dilué qui a été célébré par le prix Nobel de E. Cornell, W. Ketterle et C. Weiman en 2001. Un tel condensat est obtenu lorsqu’un nuage de bosons à faible densité est refroidi à une température telle que la longueur d’onde de De Broglie thermique est de l’ordre de la distance interatomique. Dans un tel état, tous les atomes sont dans le même mode quantique (un tel phénomène avait déjà été observé dans les superfluides et les supraconducteurs mais jamais dans les gaz dilués). On peut donc aujourd’hui utiliser dans les interféromètres atomiques une source cohérente d’ondes atomiques, analogue au laser qui est une source cohérente d’ondes électromagnétiques [4].
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Mesures et tests électroniques
(78 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Techniques de refroidissement des atomes
English
2. Applications des atomes froids
Les principales applications nées de l’utilisation des atomes froids sont liées à l’interférométrie atomique [12], que ce soit dans les horloges atomiques ou dans les capteurs inertiels. Les principaux avantages des atomes froids dans les deux cas sont d’une part le ralentissement et d’autre part le refroidissement. La réduction de la vitesse moyenne des atomes induit un accroissement du temps d’interaction. Le refroidissement des atomes autorise une augmentation du contraste des franges d’interférence. Enfin, contrôler très précisément la vitesse moyenne et la dispersion de la source atomique permet de bien maîtriser le facteur d’échelle et une partie des effets systématiques, liés notamment à l’effet Doppler.
2.1 Horloges atomiques micro-ondes
La principale application des atomes froids concerne l’amélioration des performances des horloges atomiques utilisant des transitions de référence dans le domaine des micro-ondes (9,2 GHz pour le césium ou 6,8 GHz pour le rubidium). Ces horloges se composent d’un oscillateur macroscopique, appelé oscillateur local, dont la fréquence est asservie sur celle de la transition atomique de référence. Dans les horloges n’utilisant pas d’atomes froids, la source atomique est réalisée par un jet thermique d’une vitesse de 100 à 200 m/s. Le succès de cette technique, découverte en 1952 [13] [14], a conduit en 1967 à définir la seconde par rapport à la transition entre les deux niveaux fondamentaux de l’atome de césium (9,192 631 770 GHz). En pratique, on fait interagir les atomes avec un champ électromagnétique à la fréquence ν pendant un temps t 0, puis on mesure le taux de transition. On observe un pic de résonance de ce taux de transition (ou des franges d’interférences selon le mode d’interrogation) autour de la fréquence de transition atomique ν 0. Sa largeur à mi-hauteur Δν est inversement proportionnelle à t 0 : Δν = η/t 0, où η est un facteur proche de 1 et qui dépend de la méthode d’interrogation.
La stabilité de fréquence de l’horloge étant d’autant meilleure que la raie est étroite, on peut donc l’améliorer en augmentant le temps d’interaction t 0. Cet argument simple, formulé par Zacharias en 1953 [15], a pris forme en 1991 avec la première réalisation...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Mesures et tests électroniques
(78 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Applications des atomes froids
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Journal of the Optical Society of America B, 2, no 11 (1985).
-
(2) - * - Special Issue on Atom Optics of Appl. Phys. B, no 54 (1992).
-
(3) - BERMAN (P.R.) (éd.) - Atom Interferometry - . Academic Press (1997).
-
(4) - WESTBROOK (C.), BOUYER (P.), MICHAUT (C.) - Le laser à atomes en quête d’un futur industriel - . La Recherche, no 367 (2003).
-
(5) - FRISCH (O.R.) - Experimentaller nachweis des einsteinschen stralungrückstoßes - . Z. Phys., 86 (42) (1933).
-
(6) - BERTOLOTTI (M.) - Masers and Lasers : An Historical Approach - . Adam Hilger, Bristol (1983).
-
(7)...
ANNEXES
LEDUC (F.) - Caractérisation d’un capteur inertiel à atomes froids - . Université Paris-Sud-11 (2004).
ABRAGALL (M.) - Évaluation des performances de la fontaine atomique PHARAO. Participation à l’étude de l’horloge spatiale PHARAO - . Université Pierre-et-Marie-Curie (2003).
LE COQ (Y.) - Condensats de Bose-Einstein et lasers à atomes - . Université Paris-Sud-11 (2002).
BIZE (S.) - Tests fondamentaux à l’aide d’horloges à atomes froids de rubidium et de césium - . Université Pierre-et-Marie-Curie (2001).
HOLLEVILLE (D.) - Conception et réalisation d’un gyromètre à atomes froids fondé sur l’effet Sagnac pour les sondes de matière - . Université Paris-Sud-11 (2001).
LEMONDE (P.) - PHARAO : étude d’une horloge spatiale utilisant des atomes refroidis par laser ; réalisation d’un prototype - . Université Pierre-et-Marie-Curie (1997).
HAUT DE PAGE
De la lumière aux atomes froids (laboratoire Kastler-Brossel) http://www.lkb.ens.fr/recherche/atfroids/tutorial/index2.htm
Physics 2000 (university of Colorado at Boulder) https://physicscourses.colorado.edu/2000/introduction.html
HAUT...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Mesures et tests électroniques
(78 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
