Published January 17, 2002 | Version v1
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Bose-Einstein condensation of metastable helium

Description

We present in this thesis the experimental achievement of Bose-Einstein condensation of polarized metastable 23S1 helium atoms. First, we summarize the theoretical predictions on elastic and inelastic collision rates between polarized metastable helium atoms. Our hope of reaching Bose-Einstein condensation of metastable helium relied on those promising predictions. We then describe the experimental set-up we have built. The technique we use consists in pre-cooling a sample of gar in a magneto-optical trap which is loaded from an intense and Zeeman slowed atomic beam. The density in the magneto-optical trap is limited by very high inelastic collision rates, which we studied for a wide range of trapping parameters. The cold gas is then transferred in a magnetostatic trap, where it is further cooled by evaporative cooling, down to the threshold of quantum degeneracy. We measured lifetimes of the atoms in the magnetostatic trap of the order of one minute, which shows that inelastic collisions are suppressed by two orders of magnitude when the atoms are polarized. Using a purely optical detection scheme, based on the absorption of a resonant laser beam which travels through the cloud, we have been able to demonstrate Bose-Einstein condensation. Finally, from the measurements of the number of atoms and the size of the condensate, we have deduced an estimate for the scattering length, a=(16±8) nm. (author)

Abstract (French)

Nous presentons dans ce memoire la realisation experimentale de la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable 23S1 polarise. Nous commencons par y resumer les predictions theoriques concernant les taux de collisions elastiques et inelastiques entre atomes metastables polarises. Ce sont sur ces predictions tres encourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable. Nous presentons ensuite le dispositif experimental que nous avons construit. La technique que nous avons utilisee consiste a pre-refroidir un echantillon de gaz dans un piege magneto-optique, que l'on charge a partir d'un jet atomique intense et ralenti. La densite dans le piege magneto-optique est limitee par de tres forts taux de collisions inelastiques assistees par la lumiere, que nous avons mesures pour une large gamme de parametres de piegeage. Le gaz piege est ensuite transfere dans un piege magnetostatique ou il est refroidi par la technique du refroidissement evaporatif jusqu'au seuil de degenerescence quantique. Nous avons mesure des temps de vie des atomes dans le piege magnetique de l'ordre de la minute, ce qui demontre que les collisions inelastiques sont supprimees par au moins deux ordres de grandeur des lors que les atomes sont polarises. A l'aide d'une methode de detection purement optique, basee sur l'absorption d'un faisceau laser resonnant a la traversee du nuage atomique, nous avons pu mettre en evidence la condensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombre d'atomes et de la taille du condensat, nous avons deduit une estimation de la longueur de diffusion, a=(16±8) nm. (auteur)

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Original title (French)
Condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable

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Imprint Pagination
162 p.
Report number
FRNC-TH--10761

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