Measurement of dynamical properties of ultracold atom rubidium clouds

Óscar Leonardo Camargo Moreira

Key information

Authors:

Óscar Leonardo Camargo Moreira (Óscar Leonardo Camargo Moreira)

Supervisors:

José António Sequeira de Figueiredo Rodrigues (José António Sequeira de Figueiredo Rodrigues); José Tito da Luz Mendonça (José Tito da Luz Mendonça)

Published in

November 14, 2014

Abstract

Os fenómenos quânticos, regra geral, apenas podem ser observados a escalas muito reduzidas, mas as nuvens de átomos ultra-frios dão-nos a possibilidade de observar este tipo de fenómenos a escalas macroscópicas. Uma maneira eficiente de gerar uma nuvem deste tipo consiste na utilização do arrefecimento laser, combinado com o confinamento magnético de uma nuvem de átomos, que são mantidos numa atmosfera extremamente rarefeita. O primeiro objectivo de um grupo de investigação do Instituto Superior Técnico, cujas actividades serviram de suporte para a preparação da tese aqui discutida, é de obter uma nuvem de átomos ultra-frios, composta de átomos de Rb 85, a uma temperatura de 10-4K. Este objectivo, entretanto alcançado muito recentemente, revelou ser de grande complexidade experimental dada a necessidade de calibrar e sincronizar uma quantidade significativa de dispositivos diversos (diodos laser, amplificadores, bobinas magnéticas, dispositivos ópticos). No seguimento do objectivo alcançado já tiveram início as tarefas de caracterização do estado da nuvem de átomos ultra-frios, capturados pela armadilha magneto-óptica. Esta tese introduz e descreve diferentes aspectos teóricos e técnicos, relacionados com o desenvolvimento e entrada em funcionamento da armadilha magneto-óptica; a tese apresenta igualmente os primeiros resultados da instalação experimental, capaz de produzir nuvens de átomos ultra-frios, que é de facto única no seu género em Portugal. Quantum phenomena are usually observed at very small scales, but clouds of ultracold atoms allow us the possibility to observe such kind of phenomena at macroscopic scales. An efficient way to obtain such a cloud is through the implementation of a magneto-optical trap, which is based on the simultaneous laser cooling and magnetic confinement of a vapor of atoms, held in ultra high vacuum. The first objective of a research group at Instituto Superior Tecnico, which provided the support for the ´ thesis discussed here, is to obtain such a cloud, composed of Rb 85 atoms at a temperature of 10−4K. Such goal was very recently achieved and was extremely demanding from an experimental point of view, since it required a careful calibration and synchronization of different devices (laser diodes, amplifiers, magnetic coils, optical devices) As a natural continuation it has already started the task of measuring the state of the ultra cold atom cloud contained inside the magneto-optical trap. This thesis introduces and discusses several theoretical and technical aspects leading to the successful implementation of the magneto-optical trap and presents the initial results from the operational setup able to produce ultracold atom clouds, which is the first of its kind and still unique in Portugal.