Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2372_1.pdf: 8696396 bytes, checksum: e6b2bbf30b6a6d612f05e9365db67ee7 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Universidade Federal de Pernambuco / Neste trabalho, observamos evidências da interação de longo alcance entre átomos de Rydberg usando um processo não linear, a geração de segundo harmônico (SHG), em um vapor contendo alta densidade de átomos de rubídio.O sinal de segundo harmônico, ressonante por dois fótons, é observado a partir de estados altamente excitados, s , p e d, onde a assinatura da interação de longo alcance aparece como um alargamento espectral assimétrico para o lado de baixas energias das linhas de ressonância. Esta assimetria é comparada com cálculos teóricos das curvas de potencial assintóticas para os pares de átomos interagentes, mostrando uma boa concordância dos resultados experimentais com as previsões teóricas. Para estados de Rydberg nd, com número quântico principal n≈13, um estudo detalhado da dependência do alargamento com a intensidade do laser de excitação e para diferentes densidades atômicas foi realizado. A observação de uma fraca dependência da intensidade do sinal com a densidade atômica sugere uma supressão da excitação coerente, e/ou a participação de outros processos de decaimento. Para os estados de Rydberg np, com n≈12 , observamos um comportamento distinto para o dubleto de estrutura fina, P 1/2 e P 3/2. Enquanto as linhas P 3/2 apresentam um alargamento assimétrico e uma fraca dependência com a densidade atômica, semelhante ao observado para as linhas nd, as linhas P 1/2, permanecem estreitas e apresentam uma dependência diferenciada com a densidade atômica. Nossos experimentos, usando vapor de Rb com alta densidade atômica e um processo não linear coerente, podem ser vistos como proposta de uma técnica não destrutiva para investigar interação de longo alcance e suas possíveis aplicações em informação quântica

Neste trabalho apresentamos os primeiros resultados sobre medida do tempo de vida de estados de Rydberg utilizando átomos frios confinados em uma armadilha magneto-optica de 85Rb. Medidas de tempo de vida de estados altamente excitados são importantes para o teste de teorias modernas sobre interação átomo-vácuo; desta forma medidas precisas são necessárias. A utilização de átomos frios apresenta várias vantagens quando comparadas com técnicas convencionais. Entre elas podemos citar a possibilidade de observação do sistema atômico por longos períodos (>100 &#181;s), e o controle da densidade de forma eficiente para evitar a manifestação de efeitos indesejáveis (colisões, superradiância) que limitam a precisão da medida. Apresentamos a medida do tempo de vida do estado 27D e 38S e comparamos os resultados experimentais com previsões teóricas de diferentes modelos. Algumas discrepâncias são observadas, o que reforça a necessidade da obtenção de um conjunto maior de medidas incluindo outros níveis para indicar qual modelo teórico é mais próximo da realidade. / In this work we present our first results on lifetime measurement of Rydberg states using cold atoms held in a magneto-optical trap of 85Rb. Lifetime measurements of highly excited states are important for testing modern theories on atom-vaccum interaction, therefore precise measurements are required. The use of cold atoms presents some advantage when compared with conventional techniques. Among them we cam point out the possibility of atomic observation for long periods of time (<100 &#181;s), the atomic density control in order to avoid undesired effects (such collisions and superradiance) which can limit the measurement precision. We present the lifetime measurement of 27D and 38S states and compared the experimental results with theoretical prediction using different models. Some discrepancies are observed, which indicates the need of a large set of measurement for other states in order to indicate the best model.

Neste trabalho, estudamos colisões entre átomos de Rydberg ultrafrios em uma amostra atômica de alta densidade aprisionada em uma armadilha óptica de dipolo (AOD) tipo QUEST (Quasi Electrostatic Trap). Nossos objetivos incluíam testar a manifestação de fenômenos de muitos corpos bem como estudar efeitos de anisotropia nos processos colisionais envolvendo dois corpos. Para isso, escolhemos o processo colisional descrito por 5/2+5/2(+2)3/2+(2)7/2 no intervalo de 37 &le; &le;47. O processo foi estudado na ausência e presença de campo elétrico estático, originando as ressonâncias Förster. Os resultados mostram que mesmo em alta densidade atômica o processo de dois corpos domina a interação, apesar da clara manifestação do bloqueio dipolar. Após modificações na montagem experimental, estudamos um dos picos da ressonância Förster 375/2+375/2393/2+357/2 em função da direção e amplitude em relação ao eixo longitudinal da AOD. Discutimos os resultados e os desafios futuros do experimento. / In this paper, we study collisions between ultracold Rydberg atoms in a high density atomic sample trapped in an optical dipole trap (ODT), type QUEST (Quasi Electrostatic Trap). Our goals included testing the manifestation of many-body phenomena and to study anisotropy effects in collisional processes involving two Rydberg atoms. In order to do this, we have chosen the collision process described by 5/2+5/2(+2)3/2+(2)7/2 in the range of 37 &le; &le;47. The process was studied in the presence and absence of a dc static electric field, also known as Förster resonances. The results show that even at high atomic density, two-body interaction dominates de process, despite the clear manifestation of Rydberg blockade. After several improvements in our experimental setup, we have studied also a Förster resonance peak 375/2+375/2393/2+357/2 as a function of the magnitude of the dc static electric field as well as the angle between this field and the longitudinal axis of the ODT. We discuss the results and future challenges of the experiment.

Neste trabalho, descrevemos a construção de uma armadilha óptica de dipolo, tipo Quest, para átomos de Rydberg utilizando um laser de CO2 de alta potência. A amostra aprisionada apresenta aproximadamente 3 &times; 106 átomos de 85Rb numa densidade 4 &times; 1011 átomos/cm3, em temperaturas da ordem 30 &micro;K. O tempo de vida da armadilha é da ordem de 200 ms. Neste sistema, observamos a fotoionização dos estados de Rydberg devido ao laser de CO2 em 10, 6 &micro;m, contudo fomos incapazes de quantificá-lo. Além disso, medimos o tempo de vida do estado 37D do Rb na armadilha de dipolo, o resultado foi compatível ao encontrado na literatura. Em suma, o sistema esta operante para experimentos mais complexos. / In this work, we describe the implementation of a QUEST dipole trap for Rydberg atoms using a CO2 high power laser. The trapped atomic sample has approximately 3 &times; 106 85Rb atoms, at a density of 4 &times; 1011 atoms/cm3 and a temperature of about 30 &micro;K. The trap lifetime is about 200 ms. We observed photoionization of the Rydberg states due to the CO2 laser at 10, 6 &micro;K, however we were unable to quantify it. Furthermore, we measured the 37D state lifetime of the Rb in the dipole trap, the experimental result was in agreement with the literature. In summary, the system is fully operating for more complex experiments.

Neste trabalho apresentamos os primeiros resultados sobre medida do tempo de vida de estados de Rydberg utilizando átomos frios confinados em uma armadilha magneto-optica de 85Rb. Medidas de tempo de vida de estados altamente excitados são importantes para o teste de teorias modernas sobre interação átomo-vácuo; desta forma medidas precisas são necessárias. A utilização de átomos frios apresenta várias vantagens quando comparadas com técnicas convencionais. Entre elas podemos citar a possibilidade de observação do sistema atômico por longos períodos (>100 &#181;s), e o controle da densidade de forma eficiente para evitar a manifestação de efeitos indesejáveis (colisões, superradiância) que limitam a precisão da medida. Apresentamos a medida do tempo de vida do estado 27D e 38S e comparamos os resultados experimentais com previsões teóricas de diferentes modelos. Algumas discrepâncias são observadas, o que reforça a necessidade da obtenção de um conjunto maior de medidas incluindo outros níveis para indicar qual modelo teórico é mais próximo da realidade. / In this work we present our first results on lifetime measurement of Rydberg states using cold atoms held in a magneto-optical trap of 85Rb. Lifetime measurements of highly excited states are important for testing modern theories on atom-vaccum interaction, therefore precise measurements are required. The use of cold atoms presents some advantage when compared with conventional techniques. Among them we cam point out the possibility of atomic observation for long periods of time (<100 &#181;s), the atomic density control in order to avoid undesired effects (such collisions and superradiance) which can limit the measurement precision. We present the lifetime measurement of 27D and 38S states and compared the experimental results with theoretical prediction using different models. Some discrepancies are observed, which indicates the need of a large set of measurement for other states in order to indicate the best model.

Neste trabalho, estudamos colisões entre átomos de Rydberg ultrafrios em uma amostra atômica de alta densidade aprisionada em uma armadilha óptica de dipolo (AOD) tipo QUEST (Quasi Electrostatic Trap). Nossos objetivos incluíam testar a manifestação de fenômenos de muitos corpos bem como estudar efeitos de anisotropia nos processos colisionais envolvendo dois corpos. Para isso, escolhemos o processo colisional descrito por 5/2+5/2(+2)3/2+(2)7/2 no intervalo de 37 &le; &le;47. O processo foi estudado na ausência e presença de campo elétrico estático, originando as ressonâncias Förster. Os resultados mostram que mesmo em alta densidade atômica o processo de dois corpos domina a interação, apesar da clara manifestação do bloqueio dipolar. Após modificações na montagem experimental, estudamos um dos picos da ressonância Förster 375/2+375/2393/2+357/2 em função da direção e amplitude em relação ao eixo longitudinal da AOD. Discutimos os resultados e os desafios futuros do experimento. / In this paper, we study collisions between ultracold Rydberg atoms in a high density atomic sample trapped in an optical dipole trap (ODT), type QUEST (Quasi Electrostatic Trap). Our goals included testing the manifestation of many-body phenomena and to study anisotropy effects in collisional processes involving two Rydberg atoms. In order to do this, we have chosen the collision process described by 5/2+5/2(+2)3/2+(2)7/2 in the range of 37 &le; &le;47. The process was studied in the presence and absence of a dc static electric field, also known as Förster resonances. The results show that even at high atomic density, two-body interaction dominates de process, despite the clear manifestation of Rydberg blockade. After several improvements in our experimental setup, we have studied also a Förster resonance peak 375/2+375/2393/2+357/2 as a function of the magnitude of the dc static electric field as well as the angle between this field and the longitudinal axis of the ODT. We discuss the results and future challenges of the experiment.

Neste trabalho, descrevemos a construção de uma armadilha óptica de dipolo, tipo Quest, para átomos de Rydberg utilizando um laser de CO2 de alta potência. A amostra aprisionada apresenta aproximadamente 3 &times; 106 átomos de 85Rb numa densidade 4 &times; 1011 átomos/cm3, em temperaturas da ordem 30 &micro;K. O tempo de vida da armadilha é da ordem de 200 ms. Neste sistema, observamos a fotoionização dos estados de Rydberg devido ao laser de CO2 em 10, 6 &micro;m, contudo fomos incapazes de quantificá-lo. Além disso, medimos o tempo de vida do estado 37D do Rb na armadilha de dipolo, o resultado foi compatível ao encontrado na literatura. Em suma, o sistema esta operante para experimentos mais complexos. / In this work, we describe the implementation of a QUEST dipole trap for Rydberg atoms using a CO2 high power laser. The trapped atomic sample has approximately 3 &times; 106 85Rb atoms, at a density of 4 &times; 1011 atoms/cm3 and a temperature of about 30 &micro;K. The trap lifetime is about 200 ms. We observed photoionization of the Rydberg states due to the CO2 laser at 10, 6 &micro;K, however we were unable to quantify it. Furthermore, we measured the 37D state lifetime of the Rb in the dipole trap, the experimental result was in agreement with the literature. In summary, the system is fully operating for more complex experiments.

Neste trabalho estudamos a interação entre átomos de Rydberg no estado nP e sua dependência com o campo elétrico dc. Estes estados apresentam ressonâncias Föster para um número quântico principal n menor que 37. Nestes processos de ressonância um par atômico no estado nP muda para um par nS+(n+1)S. Realizamos dois experimentos de evolução temporal para 32&le;n&le;36. No primeiro investigamos a dependência da taxa de transferência de população NnS em função do número quântico principal n. E no segundo estudamos a transferência de população para um estado fixo de n=33 em função do campo elétrico. Além disso, estudamos a dependência da população no estado 33S em função da densidade de átomos de Rydberg no estado 33P. Estes resultados nos permitem observar duas contribuições distintas, uma linear relacionada a radiação de corpo negro e uma quadrática ligada a interação de dois corpos. Estes resultados confirmam o modelo de taxa para o efeito da radiação de corpo negro. / In this work we studied the role of Rydberg atoms interactions in the nP state and the dc electric field dependency of this process. The nP state shows Föster resonances for principal quantum number less than 37. In this resonance process, an atomic pair in nP state changes to a pair nS+(n+1)S. We have performed two time evolution experiments for 32&le;n&le;36. In the first one we have investigated the NnS population transfer rate for a variable principal quantum number n. In the second we have study the population transfer for a fixed n=33, by varying an electric field. Moreover, we observed the density dependency of the population in the 33S state by varying the nP state atomic density. The results allow us to observe two distinct contributions, a linear contribution related with the black body radiation and a quadratic one connected with two body process. The results agree well with the rate model used to treat the black body radiation.

Neste trabalho estudamos algumas interações entre átomos de Rydberg em uma armadilha ótica de dipolo do tipo QUEST. Com esta armadilha obtemos uma amostra de 1,2 &times; 106 átomos de 85Rb no estado fundamental, à uma densidade de &#8764; 1012 átomos/cm3 e temperatura média de 60 &micro;K. Os átomos de Rydberg foram preparados utilizando uma transição de dois fótons a partir do estado fundamental 5S1/2, passando pelo estado intermediário 5P3/2 e em seguida para o estado de Rydberg desejado. Estudamos a interação entre pares de átomos, em diferentes níveis energéticos, através de duas técnicas diferentes. Na primeira, monitoramos os efeitos de transferência de população em estados nD oriundas de uma ressonância Förster. Estudamos a ressonância nD5/2 + nD5/2 &rarr; (n+2)P3/2 + (n2)F7/2 onde 37 &le; n &le; 47, em função da densidade da amostra atômica; e para o estado 37D5/2 manipulamos a mesma ressonância com a aplicação de um campo elétrico externo. Os resultados mostraram que este é um processo binário, evidenciado pela dependência quadrática da população no estado produto com relação ao estado excitado. Num outro experimento, estudamos a interação entre estados nS através do monitoramento, e controle, do efeito de bloqueio de excitação. Aqui mostramos que é possível controlar as interações interatômicas em uma amostra quasi-unidimensional de átomos de Rydberg variando a orientação de um campo elétrico externo. Mostramos que ao polarizar uma amostra de átomos no estado 50S1/2 com um campo, esta passa a interagir de modo semelhante ao de dipolos elétricos clássicos, onde a interação pode ser controlada com a variação da orientação dos dipolos atômicos. Tal interação pode, inclusive, ser cancelada quando os dipolos elétricos são alinhados em um ângulo de 54,7&deg; com relação ao eixo internuclear. / In this work we have studied some interactions between Rydberg-atoms in a QUEST type optical dipole trap. With this trap we obtained a sample of 1,2 &times; 106 85Rb atoms in the ground state, in a density of &#8764; 1012 atoms/cm3 and average temperature of 60 &micro;K. The Rydberg-atoms were prepared using a two-photon transition from the ground state 5S1/2, through an intermediate state 5P3/2 and then to the desired Rydberg state. We have studied interactions between pairs of atoms at several energy levels, using two different techniques. In the first one, we have monitored the effects of the population transfer in nD states derived from a Förster resonance. We have studied the resonance nD5/2 + nD5/2 &rarr; (n + 2)P3/2 + (n 2)F7/2 for states of 37 &le; n &le; 47 as a function of of the samples atomic density. For the 37D5/2 state we have also manipulated the same resonance with the application of an external electric field. Our results have shown that this is a binary process, indicated by the quadratic dependence of the transferred population in relation with the excited state. In another experiment, we have studied the interaction between nS1/2 states by monitoring, and controlling, the excitation blockade effect. Here we have shown that it is possible to control the inter-atomic interactions in a quasi-one-dimensional sample of Rydberg-atoms by varying the orientation of an external electric field. We have demonstrated that when polarizing a sample of atoms, in the 50S1/2 state with a field, it starts to interact in a similar way as classic electric-dipoles, where the interaction can be controlled by varying the orientation of the atomic dipoles. Such interaction may even be canceled when the electric dipoles are aligned at an angle of 54,7&deg; related to the internuclear axis.

Neste trabalho, apresentamos um amplo estudo das interações de longo alcance entre átomos de Rydberg frios na presença de campos elétricos estáticos. Nós observamos a transferência de população do estado quase molecular nD + nD para o estado (n+2)P após excitação pulsada na região de 29 &le; n &le; 41 em uma amostra de Rb aprisionada em uma armadilha magneto-óptica. A taxa de transferência pode ser manipulada com a presença de campo elétrico estático. Para explicar tais observações um modelo teórico multiníveis foi utilizado. O estudo de evolução temporal da população em (n+2)P mostrou que a dinâmica do processo é condizente com a interpretação clássica de uma transição diabática no domínio temporal. Utilizando um laser de excitação contínuo, realizamos experimentos envolvendo estados nD + nD, para 37 &le; n &le; 45, e estados nS + nS, para 39 &le; n &le; 47, onde foi possível estudarmos processos de transferência de população com resolução da estrutura fina. Também realizamos experimentos, tanto para estados nD quanto nS, para verificar a importância da estrutura hiperfina da estado fundamental no processo de transferência de população. / In this work, we present an extensive study of long-range interactions between cold Rydberg atoms in the presence of static electric fields. We have observed the population transfer from the quasi-molecular nD + nD state to the (n +2) P state after pulsed excitation for 29 &le; n &le; 41 in a sample of Rb trapped atoms in a magneto-optical trap. The transfer rate can be manipulated by the static electric field. To explain such observations, a multilevel theoretical model was used. The study of the time evolution of the population (n +2) P indicates that the dynamics of the process is consistent with a classical interpretation of a nonadiabatic transition in time domain. Using a CW laser excitation, experiments involving states nD + nD, for 37 &le; n &le; 45 states and nS + nS for 39 &le; n &le; 47, where performed with high spectral resolution. We also performed experiments for both states, nD and nS, to verify the importance of the hyperfine structure of the ground state in the process of population transfer.