Vers une mesure de l’effet Casimir à l’aide d’un interféromètre à atomes ultra-froids piégés

À l’échelle du micromètre, les interactions atome-surface sont dominées par le potentiel de Casimir-Polder. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de l’expérience ForCa-G (Force de Casimir et Gravitation à courte distance) où la mesure des forces à courte distance (de l’ordre du micromètre) est réalisée à l’aide d’atomes de ⁸⁷Rb refroidis à des températures de l’ordre de quelques centaines de nano-kelvins et piégés dans un réseau optique vertical à proximité d’une surface diélectrique.

Afin d’éviter la contamination de cette surface lors des étapes de refroidissement, les atomes sont préparés 30 cm plus bas. Nous prouvons l’efficacité de notre méthode de transport à l’aide d’oscillations de Bloch, permettant à la fois un contrôle satisfaisant de leur position finale sans échauffement ni élargissement excessif du nuage dans la direction verticale. Une efficacité jusque 30 % des atomes initiaux a été mesurée après le transport, qui s’abaisse à 10 % après recapture dans le réseau vertical.

Une séquence de transitions Raman stimulées permet alors la séparation spatiale et cohérente des paquets d’onde atomique sur des puits adjacents du réseau puis leur recombinaison. Cet interféromètre nous permet de remonter à la différence d’énergie entre ces puits, liée aux différents potentiels vus par les atomes. Une première mesure de force a ainsi pu être réalisée jusqu’à une distance de 1 µm de la surface et mettre clairement en évidence l’apparition d’un potentiel attractif. De premières analyses suggèrent toutefois qu’un champ électrique parasite dû à l’adsorption d’atomes de rubidium sur la surface s’additionnent à la contribution due au potentiel de Casimir-Polder attendu.

atome froid, interférométrie atomique, Casimir-Polder

Consultez la thèse (FR) : HAL-04514581