17 Octobre – Soutenance de thèse - Martin Rabault

14 h Amphi - Institut d'Optique d'Aquitaine (Talence)

Condensation de Bose-Einstein tout-optique en microgravité pour l'interférométrie atomique.

L’expérience ICE a pour objectif de tester le principe d’équivalence faible à la base de la théorie de la relativité générale d'Einstein et postulant l'équivalence entre la masse inertielle et la masse grave. Si ce principe a toujours été vérifié jusqu’à aujourd’hui, il est d’un intérêt fondamental pour la physique de poursuivre les mesures avec une précision accrue. En effet, de nouvelles théories d’unification de la mécanique quantique et de la relativité générale prévoient une violation de ce principe. Pour réaliser un test du principe d’équivalence faible, il suffit de comparer les accélérations de deux objets en chute libre dans un même champ de gravitation, et c’est ce que réalise l’expérience ICE à l’échelle quantique. (à la différence de la mission Microscope qui à ce jour a pu vérifier le principe d’équivalence avec des objets macroscopiques à 2.10-14). Ainsi l’expérience consiste à réaliser par une méthode interférométrique, la mesure de l’accélération de deux espèces atomiques de masse et de composition différente (à savoir du 39K et du 87Rb) en chute libre dans une enceinte à vide. La sensibilité de mesure des effets inertiels auxquels les atomes sont sensibles (accélérations et rotations) est d’autant plus grande que le temps de chute libre des atomes est élevé et que leur température est faible. Or sur Terre au laboratoire, les atomes finissent par tomber au fond de l’enceinte à vide les contenant sous l’effet de la gravité, ce qui limite grandement la sensibilité de mesure atteignable. C’est pourquoi il est intéressant de placer l’expérience dans un environnement de micropesanteur dans lequel les atomes restent au centre de la chambre à vide afin d’atteindre des temps d’interrogation beaucoup plus longs. A ce titre, l’expérience est embarquée jusqu’à plusieurs fois par an à bord de l’avion ZERO-G de la société Novespace. Les durées de micropesanteur proposées permettent d’atteindre des temps d’interrogation théoriques de l’ordre de la seconde ce qui doit porter le niveau de sensibilité à 10-11. Cependant, nous sommes aujourd’hui très fortement limités par le niveau élevé de vibrations de l’avion ainsi que par les rotations de celui-ci : la perte de contraste des franges d’interférence engendrée ne nous permet pas de dépasser des temps d’interrogation de 5ms en zéro-g. En parallèle, le laboratoire est à présent doté d’un simulateur de micropesanteur sur lequel est montée l’expérience, donnant accès à des temps d’interrogation de plus de 200ms avec des trajectoires paraboliques d'une très bonne répétabilité (de l'ordre de 3 mg). La cohérence d'une source atomique étant directement reliée à sa température, l'utilisation de nuages ultra-froids est d'un grand intérêt pour améliorer le contraste des franges d'interférence, d'autant plus pour les longs temps d'interrogation visés. Le présent manuscrit synthétise les travaux ayant permis de produire le premier condensat de Bose-Einstein de 87Rb en microgravité par des méthodes entièrement optiques, et ce, de manière répétable toutes les 12 secondes. Nous démontrons l'efficacité de note méthode de chargement du piège dipolaire basée sur l'association d'un refroidissement par mélasse grise et d'une modulation spatiale des faisceaux dipolaires. Ces résultats ouvrent la voie vers de futures mesures interférométriques très sensibles à grand facteur d'échelle.

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