Sujet : Mesure absolue de l’accélération de la pesanteur avec un interféromètre atomique

Encadrant : Sébastien Merlet

Descriptif : Le Cold Atom Gravimeter (CAG) développé au LNE-SYRTE est la référence métrologique nationale
dans le domaine de la gravimétrie. Sa mesure repose sur des techniques d’interférométrie atomique avec des
atomes froids. Dans un premier temps, quelques 108 atomes sont capturés dans un piège magnéto-optique.
Les atomes sont refroidis à une température de l’ordre du 2μK, avant d’être relâchés. Pendant leur chute
libre, ils sont soumis à une série de trois impulsions laser, qui séparent et recombinent les paquets d’onde
atomique. Finalement, le déphasage entre les deux bras de l’interféromètre, qui est proportionnel à g, est
déduit de la mesure de l’état atomique en sortie de l’interféromètre.
Ce gravimètre est le premier gravimètre atomique ayant participé à des comparaisons internationales
en tant que référence nationale. Son exactitude est de 4×10-8 m.s-2 (4×10-9g) et la stabilité de mesure est de
5.7×10-9g/Hz-1/2 et atteint 5×10-11g en 20 000 s de mesure. Le projet propose de réaliser une telle mesure
absolue de l’accélération de la pesanteur suivant les règles de la métrologie.
Après un rappel du Système International d’unité (SI) les notions précédentes d’exactitude et de
stabilité seront mises en pratique durant les différentes étapes de préparation et de caractérisation du CAG
préalable à la mesure absolue. En suivant le protocole de mesure, les étudiants pourront se familiariser avec
les techniques et la physique utilisées : préparation atomique, effet du champs magnétique, sélectivité en
vitesse et mesure de température du nuage atomique, interférométrie Raman, techniques de détection des
populations atomique, recherche de la verticalité du CAG, effet des vibrations et leur réjection, génération et
contrôle de fréquences, asservissement …
La mesure s’effectuera dans le laboratoire de gravimétrie où elle pourra être comparée à la celle d’un
gravimètre supraconducteur si le temps le permet.

Dates : 6 et 7 septembre

Lieu : LNE, 29 av Roger Hennequin, 78197 Trappes (Transport en car direct possible)

Projet de S. Merlet