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Offre de stage : Effet des pertes d’atomes sur un gaz quantique unidimensionnel : études numériques

Responsable du stage: Bouchoule Isabelle,  isabelle.bouchoule@institutoptique.fr, Tél : 01 51 25 06 37

Nom du laboratoire: Laboratoire Charles Fabry LCF

Organisme : Institut d’Optique Graduate School Palaiseau

Télétravail possible.

 
Description de la mission
 
La physique des systèmes quantiques à  N corps est extrêmement complexe. La taille de l’espace des états et l’existence de corrélations quantiques rend extrêmement difficile, voir impossible toute simulation sur un ordinateur classique. Ceci est particulièrement vrai pour la dynamique hors d’équilibre, sujet très actif depuis quelques années. Dans ce contexte, l’étude expérimentale est primordiale. Les expérience d’atomes froids, dont les paramètres sont très bien contrôlés et qui sont très bien isolées de l’environnement, constituent une
plateforme de choix pour l’étude des systèmes quantiques à N corps. On réalise avec des expérience d’atomes froids des systèmes modèles de physique à N corps dont on étudie les comportement. C’est la mise en oeuvre de la notion de simulateur quantique, imaginée par Feynman il y a 40 ans.
Pour réaliser un simulateur quantique, il faut non seulement contrôler le hamiltonien qui va régir l’évolution du système, mais il faut en plus contrôler, ou tout du moins connaitre, l’état initial du système. Or ce dernier point n’est pas du tout garanti dans les expériences d’atomes froids. La préparation du système nécessite un temps long pendant lequel des pertes d’atomes ont inévitablement lieu. Or, l’effet de pertes d’atomes sur le système n’est pas encore élucidé. Il est important d’estimer l’effet des pertes d’atomes sur les gaz quantiques produits dans les expériences d’atomes froids. Cette question est tout particulièrement pertinente dans le cas des gaz unidimensionnels, à cause de l’absence de thermalisation dans ces systèmes : l’état initial peut différer grandement d’un état thermodynamique correspondant à un état de Gibbs.
Lors de stage, nous nous intéresserons à l’effet des pertes d’atomes sur un gaz de Boson unidimensionnels. Les gaz de Boson unidimensionnels en interaction ponctuelles sont décrits par leur distribution de quasiparticules, appelées rapidités. Des résultats récents [1] permettent de quantifier l’effet des pertes sur la distribution des rapidités. Il serait intéressant de tester ces prédictions expérimentalement. Cependant, la distribution de rapidité n’est pas une quantité facilement accessible expérimentalement. Par contre, elle a des incidences sur le profil de densité du gaz, lorsque le gaz est confiné dans un potentiel longitudinal variant sur des grandes échelles spatiales. Ce profil de densité est une quantité facilement mesurable expérimentalement.
Ce stage utilisera les résultats de [1] pour calculer l’évolution, sous l’effet des pertes, du profil de densité du gaz confiné dans un potentiel harmonique. A termes, ces résultats pourraient être comparés aux données expérimentales obtenues dans l’´équipe de puce atomique du LCF, qui étudie les gaz de Bosons unidimensionnels.
 
I. Bouchoule, B. Doyon and J. Dubail, in preparation.
 
La fiche détaillée du stage est disponible ici.