HDR présentée par Francisco Perales pour obtenir son
Habilitation à Diriger la Recherche
Les thèmes de recherche abordés concernent tous des atomes métastables de gaz rares, produits en jets effusifs ou supersoniques et interagissant avec diverses « cibles » : atomes, champ magnétique extérieur, surfaces.
Les premières expériences portent sur les collisions en jets supersoniques croisés d’atomes métastables de néon polarisés en spin dans les états M = +2 et –2, avec des atomes (Ar, Ne) à l’état fondamental. La différence dite asymétrique des sections efficaces différentielles obtenues avec ces deux polarisations manifeste l’anisotropie de l’interaction ainsi que, dans le cas de la cible Ne, la symétrie u-g et l’indiscernabilité.
L’interaction d’atomes métastables ayant un spin non nul avec un profil de champ magnétique nous a conduits naturellement à la réalisation d’un nouveau type d’interféromètre atomique, dit de Stern-Gerlach longitudinal (ISGL) avec lequel de nombreuses études ont été faites, en particulier l’analyse des corrélations angulaires au sein du faisceau atomique et, en présence d’un gradient magnétique radial, la formation de figures d’interférence modulant le profil transversal du faisceau.
En ralentissant suffisamment au moyen d’un laser et en présence d’un champ magnétique adapté, des atomes métastables d’hélium (He* 23S1), il est possible de charger un piège magnéto-optique, puis de concentrer et refroidir ces atomes (refroidissement évaporatif) jusqu’à atteindre le seuil de condensation où se forme un condensat de Bose-Einstein (CBE), au sein duquel tous les atomes se trouvent en phase les uns avec les autres. La particularité de ce CBE réalisé avec les atomes He* est que chacun d’eux possède une énergie interne élevée (19.8 eV).
L’interaction d’atomes métastables (état interne 3P2) avec des surfaces solides est, aux distances moyennes (0.5 à 100 nm), celle dite de van der Waals. Elle est connue depuis longtemps déjà, mais plusieurs nouveautés se sont fait jour. Elles tiennent essentiellement au caractère non scalaire de l’interaction qui brise la symétrie atomique et induit toute une diversité de transitions entre états. Grâce au progrès récent réalisé sur le jet de métastables, jet très étroit angulairement (0.35 mrad) et peu dispersé en vitesse (dv/v < 1%) obtenu par échange résonnant de métastabilité, une analyse fine de la diffraction élastique par un réseau de nano fentes, et de transitions inélastiques entre sous-niveaux Zeeman ont pu être menées à bien.
Les perspectives concernent d’une part une étude approfondie des possibilités offertes par la méthode d’échange de métastabilité, d’autre part le ralentissement d’un jet d’atomes d’argon métastables (de 560m/s à quelques m/s) en vue d’analyser dans de meilleures conditions (longueur d’onde atomique et largeurs de cohérence accrues) la diffraction, élastique et inélastique, par des réseaux en transmission et en réflexion.
Membres du jury
Philippe Roncin, Laboratoire des Collisions Atomiques et Moléculaires, Université Paris Sud
Michèle Leduc, Laboratoire Kastler Brossel, ENS
Christoph Westbrook, Institut d’Optique, Centre Scientifique d’Orsay
Jacques Baudon, LPL, Université Paris 13, Villetanseuse
Charles Desfrançois, LPL, Université Paris 13, Villetanseuse
Soutenance : Le 14 Décembre 2005 à 10h30