Theoretical and experimental study of spin-1 antiferromagnetic Bose-Einstein Condensates
Lingxuan Shao (LKB)

Résumé

Nous étudions théoriquement et expérimentalement les propriétés des condensats de Bose-Einstein spin-1 avec interactions antiferromagnétiques, réalisés dans des gaz d’atomes ultra-froids de sodium confinés dans des pièges dipolaires optiques.

Nous présentons en détail comment réaliser, analyser et contrôler de tels condensats spineurs. Afin de décrire le condensat, nous adoptons d’abord une théorie du champ moyen. Cette théorie prédit une transition de phase quand on change le champ magnétique $B$. Dans la plupart des cas, les prédictions par cette théorie du champ moyen s’accordent très bien avec la plupart des nos résultats expérimentaux, incluant les valeurs de champ magnétique critique $B_c$, les valeurs asymptotiques de $n_0$ (nombre d’atome relative en état $m_F=0$) en grand $B$ et le diagramme de phase de $n_0$. Cependant, pour des magnétisations faibles et des champs magnétiques petits, nous constatons des fluctuations anormalement grandes (super-Poissoniennes) des populations des états Zeeman individuels. Pour comprendre leur origine et décrire ces systèmes fluctuants, nous développons une description statistique quantique des condensat spineur à température finie. Pour décrire le nuage thermique présent également dans le piège, nous utilisons l’approximation ``Hartree-Fock semi-idéale" pour traiter les interactions entre les condensats et les nuages thermiques. Les résultats expérimentaux nous amènent à introduire deux types des températures : la ``température de spin" $T_s$ et la ``température cinétique" $T_k$, avec $T_s\ll T_k$, qui caractérisent les fluctuations du spin du condensat et le nuage thermique, respectivement. On en conclut que le système se trouve dans un état de quasi-équilibre, ou différents degrés de liberté s’équilibrent séparément mais leur thermalisation mutuelle ne s’opère pas sur la durée de vie du système.