A transparência eletromagneticamente induzida (EIT) atraiu bastante atenção no campo da física atômica por suas possíveis aplicações em informação quântica. No entanto, processos transientes em condição de EIT não foram tão largamente estudados. Nesse trabalho, investigamos átomos frios de rubídio sob condição de EIT, num estado transiente. Utilizando espectroscopia de correlação de ruído, que é uma técnica mais sensível que uma espectroscopia de intensidade média, investigamos a resposta atômica assimétrica para uma varredura crescente ou decrescente na frequência do feixe de prova do sistema de Lambda-EIT. A observação dessa assimetria, que não podia ser explicada pelas previsões teóricas baseadas nas equações de Bloch para o átomo de 3-níveis, modelo até então utilizado, nos lançou numa busca pelas possíveis causas desse efeito enigmático. Logo, várias hipóteses foram formuladas, acarretando uma larga exploração experimental, incluindo o ângulo entre os feixes de EIT, dessintonia, potência e direção de incidência do rebombeio. Além disso, espectros no domínio do tempo foram estudados, para entender a evolução temporal do sistema para o estado estacionário. Paralelamente ao experimento, desenvolvemos novos modelos teóricos. Nossa mais recente abordagem teórica modela o sistema como um átomo de 5-níveis, nos quais 3 níveis são referentes ao sistema Lambda e os outros dois são os níveis acoplados pelo rebombeio. Ainda mais, consideramos também as forças óticas no sistema. Esse modelo obteve bom acordo com os dados experimentais, para espectroscopia de intensidade média. / The electromagnetic induced transparency (EIT) has attracted a lot of attention since its applications in quantum information were discovered. However, transient dynamics in this context were not as well explored. Here, we present a study of a cold rubidium ensemble under electromagnetic induced transparency (EIT), during a transient interaction. Using noise correlation spectroscopy, which is a more sensitive technique than a mean intensity spectroscopy, we investigated an asymmetric atomic response to an increasing or decreasing frequency scanning of the probe beams in the Lambda-EIT system. The observation of this asymmetry, which could not be explained by the theoretical predictions based on the Bloch equations for 3-level atom, the previously used model, launched us in a search for possible causes of this enigmatic effect. Straightforward, several hypotheses were formulated, resulting in a wide experimental exploration, including parameters as the angle between the EIT beams, detuning, power and direction of incidence of the repump beam. In addition, spectra in the time domain were studied in order to understand the evolution of the system to the steady-state. Parallel to the experiment, we developed new theoretical models. Our latest theoretical approach models the system as an atom of 5-levels in which 3 levels are related to the Lambda system and the other two levels are coupled by the repump. Moreover, we also consider the optical forces in the system. This model has obtained good agreement with the experimental data, for mean intensity spectroscopy.

Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime. / This thesis describes the development of a complete experimental setup for trapping cesium by a magneto-optical trap (MOT). In this work we have employed diode lasers as light sources and built the entire system for their operation, stabilization and linewidth reduction. We have measured the MOT spring and damping constants as functions of the characteristic parameters of the cesium and sodium traps. We have also carried out two other experiments on trapped sodium atoms operating in the simultaneous presence of the D1 and D2 line frequencies. The first experiment has established the collision rate of trapped atoms in the D1 line MOT and the second has allowed us to observe a new structure operating in this two-frequency regime.

Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime. / This thesis describes the development of a complete experimental setup for trapping cesium by a magneto-optical trap (MOT). In this work we have employed diode lasers as light sources and built the entire system for their operation, stabilization and linewidth reduction. We have measured the MOT spring and damping constants as functions of the characteristic parameters of the cesium and sodium traps. We have also carried out two other experiments on trapped sodium atoms operating in the simultaneous presence of the D1 and D2 line frequencies. The first experiment has established the collision rate of trapped atoms in the D1 line MOT and the second has allowed us to observe a new structure operating in this two-frequency regime.

Neste trabalho demonstramos o confinamento de átomos de sódio usando a armadilha magneto-óptica, onde os átomos foram capturados diretamente a partir da distribuição inicial do vapor atômico a uma temperatura ambiente, contido em uma célula fechada. Observamos além da nuvem de átomos aprisionados, estruturas circulares em forma de anek, que surgem devido ao desalinhamento introduzido nos feixes de aprisionamento. Estudamos o comportamento do raio do anel em função de vários parâmetros utilizados na armadilha magneto-óptica como por exemplo: gradiente de campo magnético, intensidade do laser, dessintonia e desalinhamento. Os experimentos foram realizados no regime de baixa densidade (N<10s) onde o raio do anel é independente do número de átomos aprisionados. Assim, os resultados obtidos podem ser explicados utilizando um modelo simples que leva em conta a força de vórtice dependente da coordenada radial (ou macroscópica) e as forças usuais presentes na armadilha magneto-óptica / In this work we demonstrate the confinement of neutral sodium atoms using the magneto-optical trap, where the atoms were captured directly from the low velocity tail of the room-temperature atomic vapor contained in the closed vacuum cell. We observed besides the cloud shaped, circular structures like a ring of trapped atoms that apeears when we introduce a misalignment among the trapping beams. We studied the behavior of ring radius with respect to several trapping parameters as: magnetic-field gradient, laser intensity, detuning, and misalignment. The experiments were performed in the low density regime (N<10s), so the ring radius is independent of the number of trapped atoms. Hence, the results obtained can be explained using a simple model that takes into account a radial coordinate dependent (or macroscopic) vortex force and the usual magneto-optical trap forces

Este trabalho relata o processo de fotoionização associativa em átomos ultrafrios de sódio confinados por uma armadilha magneto-óptica. O comportamento da constante de reação Kpai é medido em função da intensidade dos feixes de aprisionamento, também em função da freqüência de um segundo laser. Este estudo mostrou que fotoionização ocorre em um processo de várias etapas e mostrou a importância da emissão espontânea em colisões ultrafrias. Nós confirmamos experimentalmente pela primeira vez o processo de blindagem óptica, o qual evita a interação dos átomos com a luz incidente. O entendimento deste processo é relevante se desejar-se aumentar o número e a densidade das amostras atômicas aprisionadas. / This works reports on the photo-associative ionization process in ultracold sodium atoms confined in a magneto optical trap. The behavior of the rate constant Kpai is measured as a function of the trapping beams intensity, and as a function of the frequency of a second laser. This study showed that photo-associative ionization occurs in a multi-step process and also showed the importance of spontaneous emission in ultracold collisions. We experimentally confirmed for the first time the Optical Shielding process which prevents atoms from approaching due to repulsive states induced by the interaction of the atoms with the incident light. The understanding of this process is relevant if one intends to increase the number and density of trapped atomic samples.

Este trabalho relata a construção de um padrão primário baseado em uma nuvem de átomos frios de 133Cs em expansão, além de alguns resultados preliminares. A amostra de átomos de referência é preparada através de uma armadilha magneto-óptica. Durante uma fase de expansão livre os átomos são submetidos a uma seqüência de pulsos de microondas de 9,192631770 GHz, que excitam a transição do estado fundamental que define o segundo como unidade básica do SI, caracterizando o conhecido método de interrogação de campos separados de Ramsey. Ao final do ciclo de funcionamento um laser de prova é usado para detectar, por fluorescência, a quantidade de átomos que sofreram a transição para diferentes valores de freqüência de microondas. A coleta de dados, bem como o controle da seqüência temporal de funcionamento, é feita através de um microcomputador e placas de aquisição de dados. Juntamente com a caracterização inicial desse padrão primário foi realizada a otimização do experimento com respeito à duração dos pulsos de microondas e intervalos de expansão livre. Foram obtidos dados de estabilidade em freqüência, cujos valores apontam para direções bastante promissoras na utilização desse tipo de padrão primário. / This dissertation describes the construction of an atomic frequency standard based on the expansion of a 133Cs atomic cloud and preliminary results. The atomic sample is prepared in a magneto-optical trap. During the expansion process the atoms are submitted to a sequence of two microwave pulses at 9,192,631,770 Hz to probe the 133Cs ground state transition, which is the primary definition of the second. This method characterizes the well-known two separated oscillatory fields method. Finally, a flash of trapping light detects the atoms that suffered the second transition. The data acquisition, as well as the control of the time sequence, was taken by a microcomputer. With the initial characterization of the primary standard, the optimization of the experiment with respect to the duration of the microwave pulses as well as the intervals between them was done empirically. We have also obtained data of stability in frequency, with results that show a promising use of this type of primary standard.

Neste trabalho apresentamos a construção de uma armadilha de dipolo com laser de CO2 que envolveu a utilização de novas e modernas tecnologias nunca utilizadas pelo nosso grupo até então. Podemos destacar a construção de uma nova câmara de aprisionamento com grande acesso óptico, getters como fonte de átomos e um laser de CO2 de alta potência e sua óptica. Demonstramos o aprisionamento de átomos de 85Rb em uma armadilha magnética e magneto-óptica e analisamos sua dinâmica, obtendo resultados das taxas de perdas provocadas por colisões entre átomos aprisionados e átomos quentes provenientes do vapor de fundo e do getter. Este entendimento será importante na implementação da técnica totalmente óptica de aprisionamento simultâneo de átomos de Rb e moléculas de Rb2. / In this work we present the construction of an optical dipole trap using a CO2 laser, which involves the use of news and modern technologies never utilized by our group up to now. We have builded a new trap chamber with large optical access, used atomic dispensers as an atomic source and a high power CO2 laser and its optical components. We have demonstrated trapping and cooling of 85 Rb in a magneto-optical trap as well as and magnetic trap. By analyze its dynamic, we have obtained results on the collisional loss rates between trapped atoms imprisoned and hot atoms originating from the background gas. This understanding will be important in the implementation of the technical one entirely optical trap for Rb atoms as well as Rb2 molecules.

Inspirados em reações catalisadas por enzimas a partir de micro-organismos encontrados em ambientes marinhos severos (psicrofílicos), em que a quantidade de oxigênio é restrita, observou-se que a Arthrobacter sp. CCT 7749 realizou diferentes transformações químicas mudando de condições reacionais anaeróbias para aeróbias. Dependendo da presença ou ausência de oxigênio, ambas desracemização de alcoóis ou redução de cetonas com seletividades enantiocomplementares foram realizadas pelo mesmo microorganismo. Estes conceitos foram aplicados tanto para desracemização quanto para redução enantiosseletiva de compostos contendo heteroátomos (silício, fósforo, estanho e boro). Visando a identificação molecular das enzimas responsáveis pelas reações de oxido-redução, buscou-se desenvolver uma metodologia de purificação enzimática usando diferentes técnicas. Inicialmente a lise celular da Arthrobacter sp. CCT 7749 empregando a liticase na presença de &#946;-mercaptoetanol e usando ondas ultrassônicas produziu 28 mg/mL de proteínas. A purificação da oxidorredutase ocorreu através de colunas cromatográficas de troca iônica DEAE FF, seguida por ANX FF. O extrato protéico contendo a enzima parcialmente pura apresentou atividade específica de 4,23 U/mg na oxidação do (R,S)-1-(4-metilfenil)etanol à cetona correspondente. Através do uso das técnicas native-PAGE e zimografia detectou-se uma massa molecular da enzima de &#8776;240 kDa e que provavelmente se encontrava na forma hetero-hexamérica apresentando três subunidades em ~35 kDa e três em ~45 kDa. Observou-se que, surpreendentemente, a fração protéica parcialmente pura também foi capaz de reduzir a 4-metilacetofenona obtendo-se 17% do (S)-1-(4-metilfenil)etanol com excelente excesso enantiomérico >99%. / Inspired by enzyme-catalyzed reactions with microorganisms found in harsh marine environments (psychrophilic), in which the amount of oxygen is restrict, we have shown that Arthrobacter sp. CCT 7749 can perform different chemical transformations by switching from anaerobic to aerobic reaction conditions. Depending on the presence or absence of oxygen, either alcohol deracemization or ketone reduction with enantiocomplementary selectivities can be performed by the same microorganism. These concepts were applied for both deracemization and enantioselective reduction of heteroatom-containing molecules (silicon, phosphorus, tin and boron). Aiming Enzyme purification, different techniques were employed. Cell lysate of Arthrobacter sp. CCT 7749. Was prepared using lyticase and &#946;-mercaptoethanol bu ultrasonication. Purification of this enzyme occurred through chromatographic columns of DEAE FF ion exchange, followed by ANX FF. The partially pure oxidoreductase presented specific activity of 4.23/mg in the oxidation (RS)-1-(4- methylphenyl)ethanol to the corresponding ketone. Native-PAGE and zymography have shown that the enzyme had &#8776;240 kDa molecular mass, probably in the form hetero-hexameric with 3 subunits ~35 kDa and three ~45 kDa. Surprisingly, the partially pure protein fraction was able to reduce the 4- methylacetophenone giving 17% of (S)-1-(4-methylphenyl)ethanol with excellent enantiomeric excess >99%.

Neste trabalho, apresentamos um estudo detalhado da técnica de desaceleração e aceleração de átomos pelo ajuste Zeeman, possibilitando a produção de um feixe atômico monoenergético. Usando esta técnica, realizamos estudos sobre efeito de bombeameto óptico e condições de seguimento adiabático dos átomos no campo magnético. Através do entendimento destes efeitos, pudemos propor modificações que permitirão a produção de um fluxo intenso de átomos monoenergéticos, que deverão permitir experimentos, com este tipo de feixe atômico, fora do sistema / We have carefully studied the Zeeman-tuned technique to decelerate and also accelerate sodium atoms atomic beam, creating ways of producing monoenergetic atomic beams. A systematic study of the optical pumping effects on these beams, as well as its adiabatic following conditions along the magnetic field were also investigated. A single laser beam, together with minor changes on the the magnetic field profile and on the optical setup, was used to decelerate and/or to accelerate atoms running outside of the Zeeman solenoid, simplifying and speeding up the experimental runs

In this thesis, we investigate the coherent scattering of light propagating in a random medium. We are interested in phenomena like the super- and subradiance and Anderson localization that are related to waves interferences and spatial disorder. However, the fundamental difference between subradiance and Anderson localization still needs to be clarified. This thesis gives new elements for the understanding of these phenomena and we present a new method to observe Anderson localization. A mean-field model that does not contain disorder is developed, and we show that super- and subradiance do not require disorder whereas Anderson localization does. In this theoretical work, the coupling between the light and many atoms is reduced to a coupling matrix between the atoms by tracing over the degrees of freedom of the light, which results in a linear problem for the atomic dipoles. The study of the eigenvalues and eigenmodes of this matrix then allows to determine the super- and subradiant modes, and to probe the Anderson localization phase transition with a scaling analysis. Furthermore, the link to the experiment is realized by showing that the intensity fluctuations present an increase at the localization transition. The system is studied in the steady-state regime when the medium is continuously charged by a laser until reaches a stationary regime, and the decay dynamics, when the laser is switched off, so the cloud releases the energy stored. Finally, we present a preliminary work that shows that the diagonal disorder might be a good strategy to reach Anderson localization. / Nesta tese, investigamos o espalhamento coerente de luz propagando em um meio aleatório. Estamos interessados em fenômenos como superradiância, subradiância e localização de Anderson, os quais estão relacionados com interferências de ondas e desordem espacial. No entanto, as diferenças fundamentais entre subradiância e localização de Anderson ainda precisam ser esclarecidas. Esta tese traz novos elementos na compreensão destes fenômenos e apresentamos um novo método para observar a localização de Anderson. Neste trabalho teórico, estudamos os autovalores e os automodos de uma matriz de acoplamento que permite extrair modos super- e subradiantes, e exibem uma transição de fase de localização de Anderson através de uma análise de escalamento. Além disso, a conexão com o experimento é feita através da intensidade irradiada pela nuvem em todas as direções. Distinguimos dois casos: o regime de estado estacionário, quando o meio é continuamente excitado por um laser e alcança um regime estacionário; e o caso dinâmico, onde o laser é desligado e a nuvem libera a energia armazenada. Desenvolvemos um modelo de campo médio que não inclui desordem, e mostramos que super- e subradiância não precisam da desordem para existir, ao contrário da localização de Anderson. Mostramos também que podemos observar uma transição de fase de localização de Anderson na estatística da intensidade. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar que mostra que a desordem diagonal pode ser uma boa estratégia para alcançar a localização de Anderson.