Realization of a Bose-Einstein condensate of metastable helium atoms - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Realization of a Bose-Einstein condensate of metastable helium atoms

Réalisation d'un condensat de Bose-Einstein d'atomes d'hélium métastable

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Abstract

This thesis presents the first experimental realization of a Bose-Einstein condensate of metastable helium. The 20 eV internaI energy of metastable helium atoms enables the use of an electronic detection system of atoms, very fast and efficient. This thesis describes the followed experimental way to achieve condensation, starting from the loading of the pre-cooled atomic cloud in the magnetic trap. Studies of the trapping magnetic field, especially of the field decay after switching off the trap, are realized in situ by directly probing the atoms. Sorne spectroscopy measurements of the magnetic trap are also performed to test equilibrium of atoms in the trap. To next start an efficient evaporative cooling, the elastic collision rate between trapped atoms must be large enough. Since we had no sufficient experimental data to know the value of this collision rate, we have performed sorne thermalization measurements on the atomic sample. It consists in placing the trapped cloud out of equilibrium, and then in monitoring relaxation dynamics towards a new equilibrium, reached thanks to collisions between trapped atoms. Modelization of these experiments enables us to infer the elastic collision rate from experimental results. The deduced value encouraged us to carry on with evaporative cooling of the atomic cloud, leading eventually to the formation of a Bose-Einstein condensate. The shape of the observed experimental signaIs, influenced by the cutoff of the magnetic fields, is explained. Exploitation of these signaIs allows to deduce a value for the scattering length. The observation of the ion signal produced by the condensate represents a non-destructive method of monitoring the condensate, from which its formation kinetics can be deduced.
Cette thèse présente la première réalisation expérimentale d'un condensat de Bose-Einstein d'hélium métastable. L'énergie interne de 20 eV des atomes d'hélium métastable permet l'utilisation d'un système détection électronique des atomes, très rapide et efficace. Ce manuscrit décrit la démarche expérimentale adoptée pour parvenir à la condensation, à partir du transfert dans le piége magnétique du nuage atomique prérefroidi. Des études du champ magnétique de piégeage, en particulier de la décroissance du champ à la coupure du piège, sont réalisées in situ en venant sonder directement les atomes. Des mesures de spectroscopie du piège magnétique sont également effectuées afin de tester l'équilibre des atomes dans le piège. Pour initier ensuite un refroidissement évaporatif efficace, il faut un taux de collisions élastiques entre atomes piégés suffisamment élevé. Ne disposant pas de donnée expérimentale suffisante pour connaître la valeur de ce taux de collisions, nous avons effectué des mesures de thermalisation sur l'échantillon atomique. Celles-ci consistent à placer le nuage piégé hors-équilibre, puis à regarder la dynamique de relaxation vers un nouvel équilibre, atteint sous l'influence des collisions entre atomes piégés. La modélisation de ces expériences permet de remonter, à partir des résultats expérimentaux, au taux de collisions élastiques. La valeur déduite nous a encouragés à poursuivre le refroidissement évaporatif du nuage atomique, aboutissant finalement à la formation d'un condensat de Bose-Einstein. L'allure des signaux expérimentaux observés, influencés par la coupure des champs magnétiques, est expliquée. L'exploitation de ces signaux permet de déduire une valeur de la longueur de diffusion. La visualisation du signal d'ions produits par le condensat constitue une méthode d'observation non-destructive du condensat, donnant accès à sa cinétique de formation.
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Dates and versions

tel-00370797 , version 1 (25-03-2009)

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  • HAL Id : tel-00370797 , version 1

Cite

Alice Robert. Réalisation d'un condensat de Bose-Einstein d'atomes d'hélium métastable. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00370797⟩
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