Etudes de transitions atomiques permises et interdites par spectroscopie laser en vue dune application aux horloges optiques

Etudes de transitions atomiques permises et interdites par spectroscopie laser en vue dune application aux horloges optiques

Soutenance HDR de Thomas Zanon-WilletteSpcialit: Physique atomique1En mmoire de Norman Ramsey dcd le 04 novembre 2011

The Nobel Prize in Physics 1989 was divided, one half awarded to Norman F. Ramsey "for the invention of the separated oscillatory fields method and its use in the hydrogen maser and other atomic clocks.

2Atomes Molcules2005 2014: Spectroscopie des frquences micro-ondes (Horloge 133Cs) Spectroscopie des frquences optiques (Horloge 87/88Sr)

Gaz quantiques dgnrs (BEC 52Cr) Sources laser non-linaires(OPOs) Spectroscopie molculaire IR et instrumentation laser(O3)

Nuage datomes froids de 87SrLiquide de O3

3

Plan de lexpos Fonctionnement dune horloge atomique

Retour sur le csium 133Cs: une rsonance permise

Fermions/Bosons pour une horloge optique ..

Le strontium fermionique 87Sr: une rsonance faiblement permise

Le strontium bosonique 88Sr: une rsonance interdite

Conclusions et perspectives en physique atomique Mon projet de recherche en physique molculaire

4Fonctionnement dune horloge atomique

Cavit lectromagntique ou laser mthode dinterrogation

systme 2 niveaux dnergie avec un atome prpar dans un tat initial raliser la transition dhorloge pour avoir une rponse atomique 55

Les rsonances atomiques permises6

Retour sur le csium 133CsI. Structure fine , hyperfine et magntique1 lectron de valence7Influence de B ?7

Retour sur le csium 133CsII. Formule de Breit-Rabi de ltat fondamental 2S1/2

I. Rabi

G. Breit

Zeeman quadratique

+-

8

CGPM 1967: La seconde est la dure de 9192631770priodes de la radiation correspondant la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de ltat fondamental de latome de csium 133. Aujourdhui ralise avec une exactitude de quelques 10-16

A. ClaironFontaine atomique de csium

= 0.9 HzQ = 1010

Retour sur le csium 133CsIII. Ltalon de frquence micro-ondeJ. Zacharias

Double passage dans une cavit lectromagntiquesystme 2 niveaux dnergie avec un atome prpar dans un tat initial rponse atomique

9Pourquoi remplacer un alcalin par un alcalino-terreux ?

Alcalino-terreux (87Sr):

Spin nuclaire et J=0 Temprature Doppler et sub-Doppler Longueur donde magique dans le visible + rgime Lamb-Dicke temps dinterrogation trs long sans perturbation de la transition dhorloge Facteur de qualit lev

Alcalin (133Cs):

Spin lectronique J=1/2 + spin nuclaire Temprature Doppler Gomtrie de type fontaine temps dinterrogation limit

Facteur de qualit limit

Aspect fondamental: la structure magntique !Dterminer la sensibilit des niveaux atomiques de lhorloge au champ magntique directeur:133Cs connu depuis 1931, 87Sr non matris en 2005

1 Hz 10 GHz10 mHz 430 000 GHz87Sr : I = 9/2 Interaction avec le spin nuclaire entre 3P0 et 3P1 : transition dhorloge (J=0 J=0) faiblement permise type dipolaire lectrique Largeur 1 mHz Abondance isotopique 10%88Sr : I = 0Pas dinteraction avec le spin nuclaire entre 3P0 et 3P1 : transition dhorloge interdite 1 photon mais possible E1M1 Largeur