INTERFEROMETRIE ATOMIQUE DE HAUTE PRECISION – HIPATI

Notre projet a deux objectifs très fortement couplés :
1. le développement d’un nouvel interféromètre atomique à bras séparés. En effet, seuls les interféromètres à bras séparés permettent d’appliquer une perturbation différente sur les deux bras. L’interféromètre en projet présentera une sensibilité très élevée permettant la mesure très précise de très faibles perturbations ;
2. L’application de cet interféromètre atomique à deux mesures de précision, toutes deux basées sur le principe des phases géométriques : il s’agit, d’une part, de la mesure de très haute précision de la polarisabilité électrique du lithium et d’autre part, du test de la neutralité électrique de l’atome de lithium avec une sensibilité notablement meilleure que tous les tests existants de la neutralité électrique de la matière.
Depuis 1998, nous travaillons sur l’interférométrie atomique et nous avons construit un premier interféromètre atomique à bras séparés. Cet interféromètre a déjà des performances très élevées, en ce qui concerne la visibilité des franges atomiques, l’intensité du signal et la sensibilité en phase. Grâce aux travaux que nous avons effectués avec cet interféromètre atomique, nous avons pu acquérir une compréhension très complète des problèmes associés, en particulier la diffraction atomique par des ondes stationnaires laser ainsi que le rôle des vibrations du montage qui créent un bruit de phase sur le signal interférométrique, ce qui dégrade la visibilité des franges d’interférence.
Pour que le nouvel interféromètre atomique ait des performances notablement améliorées par rapport à notre interféromètre atomique actuel, il faut remplacer le jet atomique thermique (v ˜ 1000 m/s) par un jet atomique lent et très brillant. Un jet lent, avec une vitesse moyenne voisine de 100 m/s, permettra d’augmenter à la fois le temps d’interaction des atomes avec la perturbation à mesurer et l’angle de diffraction atomique. Ceci augmentera la place disponible pour introduire un « septum « entre les deux bras de l’interféromètre, ce qui permettra d’utiliser un septum plus long et de bien meilleure précision géométrique. Un jet atomique très brillant augmentera le signal en sortie d’interféromètre, donc la sensibilité en phase. Le jet atomique brillant sera produit en utilisant les techniques du ralentissement laser et de l’intensification par compression et refroidissement du mouvement transverse. L’utilisation d’un jet atomique lent augmente la sensibilité inertielle de l’interféromètre atomique, ce qui impose de réduire le bruit de vibrations du laboratoire, grâce à une suspension avec un asservissement sur des sismomètres.
Grâce aux progrès attendus dans ces différents domaines, nous attendons un gain voisin de 1000 sur la plus faible perturbation détectable pour le même temps de mesure. Nous comptons utiliser ce nouvel interféromètre pour effectuer deux mesures de précision basées sur le principe des phases géométriques de type Aharonov-Bohm :
• Nous voulons mesurer la polarisabilité électrique du lithium en utilisant des impulsions atomiques et en appliquant une impulsion de champ électrique sur un seul des deux bras de l’interféromètre, alors que l’impulsion atomique est totalement à l’intérieur du condensateur créant le champ.
• Nous voulons tester la neutralité électrique de l’atome de lithium en utilisant aussi des impulsions atomiques et en appliquant des potentiels électriques différents sur les deux bras, également sous une forme d’impulsion.
Il y a deux avantages à l’usage d’impulsions :
• l’atome ne voit pas les gradients de champs à l’entrée et à la sortie des condensateurs et les deux bras ne subissent aucune déviation ;
• les déphasages géométriques sont indépendants de la vitesse atomique et c’est un aspect fondamental pour la mesure de la polarisabilité électrique dont la précision actuelle est limitée par la connaissance de la vitesse moyenne des atomes.