Collisions in a cloud of metastable helium near quantum degeneracy - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2004

Collisions in a cloud of metastable helium near quantum degeneracy

Collisions dans un gaz d'hélium métastable au voisinage de la dégénérescence quantique

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Abstract

This thesis presents an experimental study of an atomic cloud in the vicinity of Bose-Einstein condensation. The atoms used in our experiment are special in the sense that they are metastable -- we use metastable helium. The metastability opens the door for using new and original detection methods. Due to their internal energy, the atoms can be detected electronically by means of a micro-channel plate. The use of metastable helium is also interesting due of the presence of ionizing collisions in the sample. The He+ ions produced in collisions between the metastable atoms can be detected in real-time, and the ion signal constitutes an alternative and useful diagnostic. In particular, this signal allows one to identify very precisely the Bose-Einstein condensation threshold. One of the advantages of using this signal to probe the cloud, is its ''non-invasive" nature: observing the ions does not at all alter the natural evolution of the cloud, in contrast to the ordinary detection technique which consists of releasing the atoms from the trap and then imaging the cloud. In this thesis, by using the new diagnostics based on the ion signal, we have measured some important parameters governing the collisions, and thereby the behavior of the cloud: the ionizing rate constants and the scattering length.
Cette thèse présente des résultats obtenus par des méthodes originales sur les nuages d'atomes ultra-froids au voisinage de la condensation de Bose-Einstein. Les atomes qui constituent les nuages utilisés dans ces expériences sont particuliers du fait de leur métastabilité. Plus précisément, ce sont des atomes d'hélium métastable. Grâce à l'énergie interne qu'ils possèdent, ces atomes peuvent être détectés électroniquement de façon efficace par une galette de micro-canaux. L'utilisation de l'hélium métastable pour l'étude de la dégénérescence quantique est également particulière du fait de la présence de collisions ionisantes au sein de l'échantillon atomique. Les ions He+ créés lors d'une collision inélastique peuvent être détectés ''en temps réel", ce qui constitue un diagnostic nouveau et intéressant. En particulier, il est possible d'identifier très précisément le seuil de condensation de Bose-Einstein, c'est-à-dire le moment où commencent à s'accumuler les atomes dans l'état quantique fondamental. L'avantage d'utiliser le taux d'ions comme outil d'observation est sa nature ''non-invasive". Contrairement à la technique d'observation habituelle qui exige que les atomes soient lâchés du piège pour permettre leur observation, la mesure du taux d'ions produits par l'échantillon ne change en rien le comportement naturel du nuage. En utilisant cette méthode de diagnostic originale, une mesure des paramètres collisionnels régissant le comportement du nuage a été obtenue : constantes de collisions ionisantes et longueur de diffusion de l'atome d'hélium métastable.
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tel-00007611 , version 1 (02-12-2004)

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  • HAL Id : tel-00007611 , version 1

Cite

Signe Seidelin. Collisions in a cloud of metastable helium near quantum degeneracy. Atomic Physics [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2004. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00007611⟩
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