Estudamos, de uma maneira sistemática, o campo hiperfino de contacto em átomos livres a fim de analisar a qualidade das funções de onda obtidas a partir da aproximação do operador de massa, da teoria de muitos corpos. 0 campo de contacto depende diretamente da função de onda dos eléctrons na origem e a aproximação utilizada para calculá-lo leva em conta tanto a dependência do exchange com a energia cinética do elétron quanto a inclusão da correlação coulombiana eletrônica, sem necessidade de parâmetros ajustáveis. Observamos que os resultados encontrados para tais campos, como esquema proposto, são competitivos com os de Hartree-Fock e por ser um esquema mais simples pode substituí-lo na obtenção de grandezas físicas relacionadas com as funções de onda dos sistemas a serem estudados. / The hyperfine contact field for free atoms has been calculated within the framework of the mass operator approximation for various atoms, in order to analyze the quality of the electronic wave functions. The mass operator approximation takes into account the electron-correlation effects as well as the dependence of the exchange with the velocity of the electrons. We found that the mass operator approximation to the exchange correlation effects yields values for the hyperfine contact field in good agreement with those obtained through the Hartree-Fock scheme. However, the mass operator approximation is simpler than the Hartree-Fock operator.

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Espectroscopia atômica em uma armadilha magneto-ótica / Atomic spectroscopy in a magneto-optical trap

Átomos alcalinos são boas sondas para compreender as propriedades do He líquido. Considerável atenção experimental tem sido empregada para analisar as mudanças da posição e da largura da linha do espectro de absorção de átomos alcalinos imersos em um ambiente de He líquido. No lado teórico, vários estudos têm usado modelos simplificados como o modelo de bolhas e o modelo de agregado. Considerações de modelos mais realista agora são oportunas e relevantes. Neste trabalho, nós usamos a combinação da simulação de Monte Carlo (MC) e cálculos ab-initio de mecânica quântica (MQ). As configurações do líquido foram geradas para cálculos posteriores de MQ.Umimportante aspecto é a complexa interação interatômica do par He-He. Usando potenciais parametrizados, as simulações clássicas de MC foram efetuadas para sistemas alcalinos (Na, Rb, Cs e Na2) em He líquido e as condições foram T = 3 K e p = 1 atm. Estruturas estatisticamente descorrelacionadas formadas por um elemento alcalino central, envolvido pela primeira camada de solvatação completa, são amostradas e submetidas em um cálculo do espectro com DFT dependente do tempo usando diferentes funcionais híbridos e conjuntos de bases. Usando os funcionais PBE1PBE e O3LYP com conjuntos de bases extensos obtemos o deslocamento espectral em excelente concordância com os resultados experimentais para os sistemas de um único átomo alcalino. Para comparação, também usamos um modelo de agregado com 14 átomos de He em volta do átomo alcalino obtendo excelentes resultados também. O raio do modelo de agregado convergiu para perto do máximo da primeira camada de solvatação da função de distribuição radial. Um ponto adicional a ser considerado é o cálculo da largura da linha obtido com a simulação em He líquido que é discutida neste trabalho. Para o átomo de Rb, a energia de excitação em He líquido é em torno de -18,9 nm. Com a simulação em ambiente de He líquido obtivemos os melhores resultados entre -16,3 nm e -23,3 nm. O valor do deslocamento espectral usando o modelo de agregado ficou entre os -17,3 nm e - 22,3 nm. Os dois modelos apresentam o mesmo raio da bolha, por volta de 6-7Å. Para outros sistemas, como Na e Cs, encontramos a mesma convergência entre o modelo de agregado, a simulação do He líquido e os resultados experimentais. Para o sistema contendo Na2, os valores obtidos ficaram em boa concordância com os valores experimentais. / Alkali atoms are good probes for the understanding of liquid He properties. As such considerable experimental attention has been devoted to the analysis of the changes of line position and widths of the absorption spectra of alkali atoms in liquid He environment. On the theoretical side, several studies have used simplified models such as bubble and cluster models. Considerations of more realistic models are now timely and relevant. In this work, we use a combination of Monte Carlo (MC) simulation and ab initio quantum mechanical (QM) calculations. Liquid configurations are generated for subsequent QM calculations. One important aspect is the consideration of the complex interatomic interaction of the He-He pair. Using parametrized potentials, classical MC simulations are made for the alkali systems (Na, Rb, Cs and Na2) in liquid He. The conditions were T=3K and p=1 atm. Statistically uncorrelated configurations composed of a central alkaline element, surrounded by the full first solvation shell, are sampled and submitted to time-dependent DFT calculations of the spectrum using dierent hybrids functionals and dierents basis sets. Using the PBE1PBE and O3LYP functionals with large basis sets we obtained a spectral shift in excellent agreement with experiment for the systems of single alkaline atom. For comparison, we also used a cluster model and obtained 14 He atoms around the alkali atom with excellent results too. The radius of the cluster model converged to a value close to the maximum of the first solvation shell in radial distribution function. An additional point considered is the calculation of the spectral line width using the liquid simulation also discussed in this work. For Rb atom, the excitation energy in liquid He is about -18.9 nm. With the liquid He environment simulation we obtained the best results between -16.3 nm and -23.3 nm. The values of the spectral shift using the cluster model were between -17.3 nm and 22.3 nm. The two models show the same bubble radius, about 6-7Å. For the others system, like Na and Cs, we found the same convergence between the cluster model, the simulation of the He liquid and the experimental results. For Na2, the values obtained were in good agreement to the experimental values.

O trabalho trata da desaceleração de feixes de átomos neutros de Sódio, pela técnica de sintonia Zeeman. O processo de desaceleração é estudado em detalhes e demonstrado com a utilização de um único laser. É feito o estudo do seguimento adiabático do átomo em relação ao campo magnético e demonstrada sua importância no processo de produção de fluxos intensos de átomos lentos. A posição em que os átomos param foi modificada, através da mudança do perfil do campo magnético onde os átomos se movimentam, levando-os para uma região de fácil acesso. A forma peculiar da distribuição espacial dos átomos ao atingirem o repouso é explicada e, finalmente, é estudada a focalização dos átomos, através de um campo magnético hexapolar, e o aprisionamento de átomos em uma armadilha magnética / This work describes the deceleration a sodium atoms beam by means of the Zeeman tuning technique. The deceleration process is studied in details and its demonstration is made using a single laser. We have studied and present the adiabatic following of the atoms along the magnetic field and its relevance to produce slow, high density, flux of neutral atoms. The atoms\' stopping position was varied, by changing the magnetic field profile, in a way to produce slows atoms outside the solenoid. The peculiar shape of the atomic spatial distribution of atoms at rest is explained, the focusing of atoms though a hexapole magnetic field is studied and the trapping of atoms in a magnetic trap is demonstrated

Neste trabalho reportamos a produção da primeira armadilha magneto-ótica que confina simultaneamente duas espécies atômicas distintas: Sódio e Potássio. Para podermos realizar este aprisionamento, foi necessário vencer algumas dificuldades técnicas que justificam, inclusive, a escolha dos elementos utilizados. Nossa armadilha também foi utilizada para realizar o primeiro estudo de colisões frias entre átomos de espécies diferentes. Experimentalmente, as informações sobre essas colisões são obtidas através da medida da dinâmica de perdas da armadilha de S6dio em presença e ausência de átomos frios de Potássio. Observamos que o efeito de colisões heteronucleares e dez vezes menor do que as homonucleares. Esta diferença já era esperada devido ao menor alcance dos potenciais de interação entre átomos no caso de espécies distintas. Nossos resultados são comparados a uma teoria semi-clássica simples e se encontram em bom acordo com as previsões. Introduzimos uma nova técnica que consiste em mudar repentinamente a intensidade do laser aprisionador e observar a variação do número de átomos aprisionados. Medimos a taxa de perdas por colisão entre átomos de Potássio frios como função da intensidade do laser aprisionador. Essa técnica nos permite alcançar o regime de baixas intensidades, inclusive abaixo da intensidade de saturação, sem as limitações da técnica tradicional. Aplicamos essa técnica ao aprisionamento simultâneo e medimos a taxa de perdas por colisão do sódio na presença e ausência de potássio. Com essa medida somos capazes de estimar a seção e choque entre sódio e potássio ambos no estado fundamental / In this thesis we report the production of the first magneto-optical trap that confines simultaneously two atomic species, sodium and potassium. In order to realize this experiment we had to overcome some technical difficulties that justified our choice of these two elements. This trap was used to study cold collisions between two different species. The information about these collisions is obtained experimentally from the dynamics of the sodium trap loss process in the presence and absence of potassium atoms. We observed that the heteronuclear effect is ten times smaller than the homonuclear one. This difference is explained by the smaller range of the interaction potentials between different species. Our results are compared with the theoretical predictions of the semi-classical theory and show a good agreement with the predictions. We have introduced a new technique which consists of a sudden decrease of the laser intensity, after which we observe the temporal variation in the number of trapped atoms. We have measured the loss rate coefficient between cold potassium atoms as a function of light intensity of the trapping laser. This technique allowed us to reach the very low intensity regime, as low as 30% of the saturation intensity, without compromising the loading process. We applied this technique to the simultaneous trapping and measured the loss rate coefficient between cold sodium atoms in the presence and absence of cold potassium atoms. With this measurement we can estimate the value of the cross section between sodium and potassium in the ground state

Neste trabalho pela primeira vez, desaceleramos um feixe de Cs pela Técnica de Sintonia Zeeman. Usamos um laser de diodo contrapropagante ao feixe atômico. Essa técnica se baseia na utilização de um campo magnético de perfil espacial parabólico para compensar o efeito Doppler e manter o átomo ressonante com o laser durante o processo de desaceleração. Conseguimos reduzir a velocidade dos átomos até C 940cm/s. Para medir essa velocidade usamos uma técnica simples, diferente da usual, que utiliza um feixe de prova. Com o nosso magneto, não foi possível desacelerar átomos com velocidade acima de 12000 cm/s. O limite de campo magnético em que tivemos que trabalhar corresponde à campo fraco, para o estado fundamental do Cs. Esse fato acarreta um aumento na probabilidade de ocorrerem transições erradas. Observamos a presença de um intervalo de \"detuning\" útil, fora do qual não conseguimos desacelerar. Esse intervalo também está relacionado com o limite máximo de velocidades para que haja desaceleração. Chegamos a esse intervalo através de simulações feitas para encontrar os parâmetros necessários à desaceleração. Os resultados obtidos experimentalmente estão de acordo com o que foi previsto pela simulação. Paralelamente à desaceleração de CS, preparamos os lasers de diodo e reduzimos sua largura de linha. Entretanto não usamos o laser estreito para a desaceleração. A fim de trabalharmos com espectroscopia de alta resolução reduzimos a largura de linha do laser a semicondutor fazendo um acoplamento da cavidade laser com uma cavidade, Fabry-Pérot, externa. Conseguimos estreitar a largura de linha até 500KHz. Esse resultado nos possibilitará investigar as linhas do Cs, aprisionado em um \"trap\" magnético-óptico, experimento este que já está em andamento em nosso laboratório / In this work for the first time, slow a beam of Cs by the Zeeman tuning technique. We use a laser diode contrapropagante the atomic beam. This technique is based on the use of a magnetic field of parabolic spatial profile to compensate for the Doppler effect and keep the atoms resonant with the laser during the downturn. We reduce the speed of C atoms to 940cm / s. To measure this speed we use a simple technique, different from the usual, which uses a beam of evidence. With our magnet, could not slow down atoms with speeds up to 12,000 cm / s. The limit of magnetic field we had to work corresponds to the weak field for the ground state of Cs. This fact implies an increase in the probability of transitions wrong. We observed a range of \"detuning\" useful, out of which we cannot slow down. This range is also related to the maximum speed for there to be slowing. We arrived in this range through simulations to find the parameters needed for deceleration. The results obtained experimentally are in agreement with what was predicted by the simulation. Parallel to the slowdown of CS, we prepared the diode lasers and reduced its line width. However do not use the laser close to the slowdown. In order to work with high-resolution spectroscopy reduced the line width of the semiconductor laser causing a coupling of the laser cavity with a cavity, Fabry-Pérot, external. We narrow the line width up to 500KHz. This result will enable us to investigate the lines of Cs, trapped in a \"trap\" magneto-optical experiment that is already underway in our laboratory