Mélange de gaz quantiques dégénérés à interactions contrôlées: interférométrie atomique et nouvelles phases quantiques – MelaBoFerla

Le projet a pour but d'étudier des gaz quantiques de Fermi et de Bose confinés dans des structures optiques adaptables. La proposition expérimentale exploite un mélange d'un gaz de potassium (40K) fermionique et un gaz de rubidium (87Rb) bosonique. Une fois le mélange piégé, nous proposons deux lignes de recherche liées en particulier à la possibilité de modifier les interactions entre les deux espèces grâce au contrôle précis du champ magnétique (résonance de Feshbach). 1) D'une part, le dispositif représente une source de gaz quantiques dégénérés sans interaction pour l'interférométrie atomique : gaz fermionique pur (quasiment sans interaction), gaz bosonique, gaz à deux composantes (fermion et boson) sans interaction mutuelle (résonance de Feshbach). La possibilité de contrôler et annuler les interactions permettra d'étudier soigneusement leur rôle et de vérifier les améliorations espérées de leur suppression en métrologie. Il serait particulièrement intéressant, par exemple, de comparer les accélérations mesurées simultanément et indépendamment sur les deux espèces, en contrôlant le fait qu'elles n'interagissent pas entre elles. Dans un premier temps nous utiliserons un interféromètre atomique classique à séparatrice par réseau optique, mais nous projetons aussi d'étudier l'équivalent d'un gyromètre superfluide à deux gaz quantiques dégénérés couplés, en plaçant le mélange dans un piège optique annulaire et en cherchant à observer l'apparition de supercourants. La diffraction de Bragg, outil que nous maîtrisons bien, doit permettre d'étudier le champ de vitesse. 2) D'autre part, à l'aide d'une perturbation spatialement aléatoire ajoutée au potentiel optique de piégeage, il sera possible d'accéder à de nouvelles « phases quantiques » incluant, par exemple, les phénomènes caractéristiques du désordre (localisation d'Anderson, transitions de verre de spin) ou la création de fermions composites résultants de l'interaction fermion/boson. En particulier, en modifiant la force des interactions boson/fermion à l'aide d'une résonance de Feshbach, on pourra contrôler la formation et la dynamique de ces particules composites. Le diagramme d'énergie d'un tel état pourra alors être étudié avec les outils d'interférométrie atomique comme la diffraction de Bragg.