Gaz quantiques et états fortement corrélés – GASCOR

Dans ce projet, nous souhaitons utiliser des gaz quantiques d'atomes pour aborder des problèmes fondamentaux, situés à la frontière entre l'optique quantique et la physique de la matière condensée. Le point commun des situations envisagées est l'existence de corrélations fortes entre atomes, qui feront de ces systèmes de puissants outils d'investigation. - - Le projet fédère trois équipes d'expérimentateurs et de théoriciens, et comporte deux volets. Le premier porte sur la production d'un état fortement intriqué de deux condensats de Bose-Einstein, contenant chacun plusieurs dizaines d'atomes. Le mécanisme d'intrication est l'interaction cohérente entre atomes, préparés dans deux niveaux internes différents. Un tel état, réalisation pratique d'un « chat de Schrödinger », devrait permettre d'améliorer de manière significative les performances des horloges atomiques et interféromètres à ondes de matière. Il permettra également l'étude de la décohérence dans un environnement bien contrôlé, et de tester la notion de sous-espace « protégé de la décohérence », proposé dans le domaine de l'information quantique. - - Le second volet porte sur l'étude d'un mélange de gaz quantiques, bosoniques et/ou fermioniques. Ces gaz pourront être confinés dans le potentiel périodique créé par un réseau optique. Un tel « solide artificiel » permettra d'aborder des questions essentielles de la physique quantique et de la matière condensée, comme l'influence de la géométrie du réseau sur les phases magnétiques ou encore l'existence d'un ordre de type supersolide. Nous étudierons aussi les propriétés collectives des gaz dans le régime d'interaction forte, en particulier le cas d'une interaction effective entre fermions médiée par les bosons. Cette situation est analogue à celle rencontrée en physique des particules dans le modèle standard, et en matière condensée pour expliquer la formation de paires de Cooper. - - Les deux tiers du financement demandé porteront sur la construction de deux nouveaux montages expérimentaux. Le premier, utilisé pour l'intrication quantique de deux condensats de rubidium, consistera à réaliser un piège optique original, de très petit volume. Dans le second montage, nous utiliserons un mélange de lithium et de potassium ultra-froids. Ces deux espèces atomiques ont l'avantage d'avoir chacune des isotopes bosoniques et fermioniques. Ce choix semble offrir la plus grande richesse de situations possibles parmi les couples d'atomes manipulables par laser. L'autre tiers du budget requis porte sur le financement de stagiaires post-doctoraux pour le volet théorique du projet. - - La physique des fortes corrélations quantiques explorée dans ce projet sera utile dans le domaine de l'information quantique et pour la compréhension de systèmes de matière condensée tels que les supra-conducteurs, les systèmes mésoscopiques, ou encore les étoiles à neutrons. -