Ce sujet est proposé par Thomas Zanon-Willette, laboratoire de Physique moléculaire pour l’Atmosphère et l’Astrophysique (LPMAA-UPMC)

Thème de recherche

En 1976, un groupe de physiciens dirigé par A. Gozzini à Pise étudie l’interaction de la lumière laser avec une vapeur atomique de Sodium et découvre que la fluorescence optique disparait lorsque l’écart entre 2 modes du laser excitateur est égal à la séparation énergétique entre deux niveaux hyperfins de l’atome de Sodium. A la suite de cette découverte expérimentale, les résonances noires sont rapidement interprétées comme la signature quantique du phénomène de piégeage cohérent de population sur un système atomique à 3 niveaux d’énergie 1-2. La résonance noire trouve son origine dans les superpositions d’états atomiques réalisées par des interférences quantiques entre plusieurs ondes lasers cohérentes. Depuis plus de 30 ans, elle a de nombreuses applications en physique atomique avec le refroidissement sub-recul permettant d’atteindre des températures aussi basses que quelques centaines de pK, avec la modification spectaculaire de la vitesse de groupe d’une onde laser à travers une vapeur atomique pour la réalisation de mémoires quantiques ou encore pour développer de nouvelles horloges atomiques à l’aide de la transparence induite électromagnétiquement.

Après un travail bibliographique afin de présenter l’application des résonances noires pour réaliser de nouvelles horloges atomiques, l’étudiant pourra également s’il le souhaite étudier plus en détails les différents aspects dynamiques avec le contrôle cohérent des déphasages accumulés par la fonction d’onde atomique à l’aide d’une interaction à plusieurs impulsions laser par spectroscopie Ramsey 3-4. Cette étude se placera dans la perspective de réaliser une horloge optique de nouvelle génération utilisant une transition atomique interdite sur un isotope bosonique d’un alcalino-terreux comme le 88Sr ou 174Yb. L’étudiant pourra demander à visiter des expériences utilisant des résonances noires (horloge CPT au SYRTE par exemple).

Références : 1. E. Arimondo, “Coherent Population Trapping in Laser Spectroscopy”, Prog. Opt. 35, 257 (1996). 2 E. Arimondo, “Dark Resonances in Quantum Optics”, ACTA PHYSICA POLONICA. SERIES A : GENERAL PHYSICS, PHYSICS OF CONDENSED MATTER, OPTICS AND QUANTUM ELECTRONICS, ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS, APPLIED PHYSICS,vol. 112,pp 723,tot.pag 4,tot. autori 1, (2007) . 3 T. Zanon-Willette, E de Clerq ,E. Arimondo, “Ultrahigh-resolution spectroscopy with atomic or molecular dark resonances : Exact steady-state line shapes and asymptotic profiles in the adiabatic pulsed regime”, PHYSICAL REVIEW A 84, 062502 (2011). 4 V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, C. W. Oates, Z. W. Barber, N. D. Lemke, A. D. Ludlow, U. Sterr, Ch. Lisdat, F. Riehle, “Hyper-Ramsey Spectroscopy of Optical Clock Transitions”, PHYSICAL REVIEW A 82, 011804(R) (2010).

Contact

Thomas Zanon-Willette