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Claude Cohen Tannoudji

Prix Nobel en 1997 pour le ralentissement et le piégeage des atomes par la lumière laser.

Ses travaux sont à la source des recherches actuelles de l'IFRAF.



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Gaz Quantiques (GQ)

Cet axe est géré par l’IFRAF

L’interaction lumière matière est exploitée pour préparer des échantillons de gaz dilués portés à des températures allant jusqu’au nanokelvin. Ces quelques millions d’atomes sont piégés dans un volume de taille micrométrique par des faisceaux lasers focalisés, avec l’aide de gradients de champs magnétique.
Après la mise en évidence expérimentale de la condensation de Bose-Einstein pour les bosons (spin entier), les méthodes de refroidissement et piégeage se sont étendues aux gaz fermioniques (spin demi-entier), puis aux molécules formées de deux ou trois atomes.

Deux découvertes étonnantes orientent les recherches actuelles : (i) on sait maintenant modifier la force des interactions entre des particules ultra-froides par simple ajustement d’un champ magnétiques (résonances de Feshbach) ; (ii) on peut confiner des atomes froids dans des potentiels électromagnétiques périodiques, encore appelés réseaux optiques, créés par des paires de faisceaux lasers se propageant dans des directions opposées.

La recherche sur les réseaux optiques est actuellement très active : le mouvement des atomes dans ces réseaux est formellement identique à celui des électrons dans un cristal, avec cet avantage que les paramètres des réseaux optiques sont modifiables à volonté et que les atomes y sont observables individuellement. On cherche ainsi à construire un « simulateur quantique » dont l’idée est d’employer les atomes froids pour modéliser certains problèmes complexes en matière condensée. L’enjeu est considérable car on espère à terme une meilleure compréhension des phénomènes de magnétisme quantique et de l’électronique de spin.

Un second champ de recherche concerne les gaz d’atomes en interaction forte, c’est à dire un système formellement identique aux plasmas quarks-gluons ou aux étoiles à neutrons. Une troisième voie concerne les gaz quantique en dimensions réduite. on espère y simuler des phénomènes analogues à l’effet hall quantique pour un système bi-dimensionnel d’électrons dans un champ magnétique intense ; pour cela il reste à simuler avec les atomes l’équivalent du champ magnétique qui agit sur les électrons en développant des champs de jauge artificiels.

A l’interface entre les atomes froids et les nanosciences, on remarque aussi l’apparition de nouveaux objets : les gaz de polaritons, particules hybrides formées de photons et d’électrons dans des nanostructures semiconductrices, qui peuvent former des condensats et devenir superfluides. Mentionnons aussi le développement récent du refroidissement des nano-objets par des atomes froids, qui pourrait faire l’objet de projets conjoints avec les équipes du domaine C’Nano IdF. Une autre interface est celle de la « chimie froide », offrant un contrôle sans précédent sur les paramètres des échantillons.


Bureau

  • Responsables

Antoine BROWAEYS
LCFIO (Institut d’Optique, CNRS)

Hélène PERRIN
LPL (Paris 13, CNRS)

  • Membres

Jean DALIBARD
LKB (ENS, CNRS, UPMC, Collège de France)

Antoine GEORGES
CPHT (Ecole Polytechnique, CNRS)

Alice SINATRA
LKB (ENS, UPMC, CNRS)

Georgy SHLYAPNIKOV
LPTMS (Paris-Sud, CNRS)


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