Neste trabalho resultados experimentais inéditos da taxas de perdas para o sistema Cs-K em função da intensidade do laser de aprisionamento foram obtidos. A análise dos resultados foi auxiliada pelo modelo tipo Gallagher-Pritchard que demonstrou possuir uma dependência muito forte com a velocidade de escape. Um estudo complementar ajudou na determinação dos mecanismos causadores de perdas, a catálise óptica, onde o principal resultado foi a obtenção de um resultado teórico que corresponde a observação experimental para o sistema Na-Rb, onde as perdas foram associadas a atuação do estado duplamente excitado. Compreender os mecanismos causadores de perdas pode ajudar na construção de armadilhas magneto-ópticas de grande eficiência, importantes em experimentos de medidas de propriedades atômicas. / We have investigated trap loss rate as a function of trap laser intensity for the Cs-K system. A model based on Gallagher-Pritchard type considerations, allow understand the obtained results. To correctly interpret the data, we have proposed new mechanisms, which can be proven with recent experiment in Na-Rb system.

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 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 resultados experimentais inéditos da taxas de perdas para o sistema Cs-K em função da intensidade do laser de aprisionamento foram obtidos. A análise dos resultados foi auxiliada pelo modelo tipo Gallagher-Pritchard que demonstrou possuir uma dependência muito forte com a velocidade de escape. Um estudo complementar ajudou na determinação dos mecanismos causadores de perdas, a catálise óptica, onde o principal resultado foi a obtenção de um resultado teórico que corresponde a observação experimental para o sistema Na-Rb, onde as perdas foram associadas a atuação do estado duplamente excitado. Compreender os mecanismos causadores de perdas pode ajudar na construção de armadilhas magneto-ópticas de grande eficiência, importantes em experimentos de medidas de propriedades atômicas. / We have investigated trap loss rate as a function of trap laser intensity for the Cs-K system. A model based on Gallagher-Pritchard type considerations, allow understand the obtained results. To correctly interpret the data, we have proposed new mechanisms, which can be proven with recent experiment in Na-Rb system.

Neste trabalho, mostramos que é possível suprimir a maioria dos processos inelásticos que podem causar perdas de átomos em armadilhas magneto-ópticas. Nossos resultados revelam que o processo de blindagem óptica (demonstrado pelo nosso grupo, pela primeira vez para o processo de ionização fotoassociativa – Phys. Rev. Lett. 73, 1911 (1994)) é bem mais geral do que se supunha. Permitindo, inclusive, a supressão de colisões entre átomos no estado fundamental. E provavelmente qualquer outro processo inelástico que ocorra a curtas distâncias internucleares. Para se chegar a esses resultados, foi necessário desenvolver uma nova técnica de aprisionamento, que permite o estudo de colisões frias, mesmo em armadilhas cujo potencial de confinamento é pequeno. Graças a essa técnica foi possível, pela primeira vez, observar perdas causadas por mudança de estrutura hiperfina, numa armadilha de átomos de sódio operando na linha D1 (carregada a partir de uma célula de vapor). Essa técnica ainda nos permitiu medir a taxa de colisões frias () no trap da linha D1, um dado que até então não existia na literatura. Para verificar a confiabilidade dos resultados obtidos por essa técnica, realizamos também medidas de  na linha D2 e comparamos esses resultados com outros existentes na literatura (obtidos por uma técnica diferente). A boa concordância entre esses resultados nos deixa confiantes em dizer que essa técnica, além de ser muito interessante, no estudo de armadilhas rasas (seja isso devido à intensidade dos lasers de aprisionamento, seja devido a natureza própria da armadilha), é também bastante confiável / In this work, we showed that is possible to suppress most of the inelastic processes that may cause losses of atoms in a magneto-optical trap. Our results reveal that the process of optical shielding (demonstrated by our group, for the first time to photoassociative ionization - Phys. Rev. Lett. 73, 1911 (1994)) is much more general than it was supposed. Even allowing the suppression of ground state collisions and probably any other inelastic process that happens at short internuclear distances. To achieve those results, it was necessary to develop a new trapping technique, which allows the study of cold collisions, even in traps whose confinement potential is small. Thanks to that technique it was possible, for the first time, to observe losses caused by hyperfine changing collisions, in a trap of sodium atoms operating in the D1 line (loaded from a vapor cell). That technique has still allowed us to measure the rate of cold collisions () for the D1 line trap, a result which, until now, did not exist in the literature. To verify the reliability of the results obtained by that technique, we also accomplished measures of  in the D2 line and compared those results with other existent ones in the literature (obtained by a different technique). The good agreement among those results, made us confident in saying that this technique, besides being very interesting in the study of shallow traps (due to the intensity of the trapping lasers, or due to the own nature of the trap), it is also quite reliable.

Neste trabalho, mostramos que é possível suprimir a maioria dos processos inelásticos que podem causar perdas de átomos em armadilhas magneto-ópticas. Nossos resultados revelam que o processo de blindagem óptica (demonstrado pelo nosso grupo, pela primeira vez para o processo de ionização fotoassociativa – Phys. Rev. Lett. 73, 1911 (1994)) é bem mais geral do que se supunha. Permitindo, inclusive, a supressão de colisões entre átomos no estado fundamental. E provavelmente qualquer outro processo inelástico que ocorra a curtas distâncias internucleares. Para se chegar a esses resultados, foi necessário desenvolver uma nova técnica de aprisionamento, que permite o estudo de colisões frias, mesmo em armadilhas cujo potencial de confinamento é pequeno. Graças a essa técnica foi possível, pela primeira vez, observar perdas causadas por mudança de estrutura hiperfina, numa armadilha de átomos de sódio operando na linha D1 (carregada a partir de uma célula de vapor). Essa técnica ainda nos permitiu medir a taxa de colisões frias () no trap da linha D1, um dado que até então não existia na literatura. Para verificar a confiabilidade dos resultados obtidos por essa técnica, realizamos também medidas de  na linha D2 e comparamos esses resultados com outros existentes na literatura (obtidos por uma técnica diferente). A boa concordância entre esses resultados nos deixa confiantes em dizer que essa técnica, além de ser muito interessante, no estudo de armadilhas rasas (seja isso devido à intensidade dos lasers de aprisionamento, seja devido a natureza própria da armadilha), é também bastante confiável / In this work, we showed that is possible to suppress most of the inelastic processes that may cause losses of atoms in a magneto-optical trap. Our results reveal that the process of optical shielding (demonstrated by our group, for the first time to photoassociative ionization - Phys. Rev. Lett. 73, 1911 (1994)) is much more general than it was supposed. Even allowing the suppression of ground state collisions and probably any other inelastic process that happens at short internuclear distances. To achieve those results, it was necessary to develop a new trapping technique, which allows the study of cold collisions, even in traps whose confinement potential is small. Thanks to that technique it was possible, for the first time, to observe losses caused by hyperfine changing collisions, in a trap of sodium atoms operating in the D1 line (loaded from a vapor cell). That technique has still allowed us to measure the rate of cold collisions () for the D1 line trap, a result which, until now, did not exist in the literature. To verify the reliability of the results obtained by that technique, we also accomplished measures of  in the D2 line and compared those results with other existent ones in the literature (obtained by a different technique). The good agreement among those results, made us confident in saying that this technique, besides being very interesting in the study of shallow traps (due to the intensity of the trapping lasers, or due to the own nature of the trap), it is also quite reliable.

Neste trabalho descrevemos a produção e estudo de excitações topológicas em um condensado de Bose-Einstein em átomos de Rubídio-87. O condensado é produzido através de resfriamento evaporativo forçado por rádio-freqüência em uma armadilha puramente magnética do tipo QUIC. A armadilha magnética é carregada por um sistema de duplo-MOT. A temperatura de transição é de cerca de 150nK. Condensados puros com 1 - 2 × 10^5 átomos de Rb-87 são observados. Realizamos uma caracterização da amostra em relação às suas características fundamentais. Fração condensada, expansão anisotrópica, distribuição espacial e efeitos de temperatura finita são descritos. Com o objetivo de observar excitações coerentes do condensado entre os estados da armadilha, adicionamos um campo magnético do tipo quadrupolo esférico oscilante no tempo. Observamos, no entanto, a transferência de momento angular para a amostra com a formação de vórtices e arranjos de vórtices. Definimos regiões de amplitude que geram números de vórtices crescentes. Observamos a formação de estruturas de três vórtices não convencionais donde supusemos a possibilidade de excitação conjunta de vórtices e anti-vórtices. Observamos evidência de turbulência quântica, um estado onde os arranjos dos vórtices não são regulares nem as linhas de vórtices têm um eixo de rotação comum. / In this work we describe the production and investigation of topological excitations in a Bose-Einstein condensate in Rubidium-87 atoms. The condensate is produced through forced evaporative cooling by radio-frequency in a QUIC-type purely magnetic trap. The magnetic trap is loaded from a double-MOT system. Transition temperature is about 150nK. Pure condensates containing 1-2×105 87Rb atoms are observed. We performed the characterization of the sample in relation to its fundamental aspects. Condensed fraction, anisotropic expansion, spacial distribution and finite temperature effects are described. Aiming to observe coherent topological excitations of the condensate between two states of the trap, we added a spherical quadrupole magnetic fields oscillating in time. We observe, instead, angular momentum tranference to the sample and the formation of vortices and arrays of vortices. We define amplitude regions where an increasing number of vortices are observed. We observe the formation of non-usual three-vortex structures from which we infer the existence of vortices and anti-vortices together in the sample. We observe evidence of quantum turbulence, a state where non-regular vortex arrays appear as well as vortex lines have no preferred direction to form.

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 descrevemos a produção e estudo de excitações topológicas em um condensado de Bose-Einstein em átomos de Rubídio-87. O condensado é produzido através de resfriamento evaporativo forçado por rádio-freqüência em uma armadilha puramente magnética do tipo QUIC. A armadilha magnética é carregada por um sistema de duplo-MOT. A temperatura de transição é de cerca de 150nK. Condensados puros com 1 - 2 × 10^5 átomos de Rb-87 são observados. Realizamos uma caracterização da amostra em relação às suas características fundamentais. Fração condensada, expansão anisotrópica, distribuição espacial e efeitos de temperatura finita são descritos. Com o objetivo de observar excitações coerentes do condensado entre os estados da armadilha, adicionamos um campo magnético do tipo quadrupolo esférico oscilante no tempo. Observamos, no entanto, a transferência de momento angular para a amostra com a formação de vórtices e arranjos de vórtices. Definimos regiões de amplitude que geram números de vórtices crescentes. Observamos a formação de estruturas de três vórtices não convencionais donde supusemos a possibilidade de excitação conjunta de vórtices e anti-vórtices. Observamos evidência de turbulência quântica, um estado onde os arranjos dos vórtices não são regulares nem as linhas de vórtices têm um eixo de rotação comum. / In this work we describe the production and investigation of topological excitations in a Bose-Einstein condensate in Rubidium-87 atoms. The condensate is produced through forced evaporative cooling by radio-frequency in a QUIC-type purely magnetic trap. The magnetic trap is loaded from a double-MOT system. Transition temperature is about 150nK. Pure condensates containing 1-2×105 87Rb atoms are observed. We performed the characterization of the sample in relation to its fundamental aspects. Condensed fraction, anisotropic expansion, spacial distribution and finite temperature effects are described. Aiming to observe coherent topological excitations of the condensate between two states of the trap, we added a spherical quadrupole magnetic fields oscillating in time. We observe, instead, angular momentum tranference to the sample and the formation of vortices and arrays of vortices. We define amplitude regions where an increasing number of vortices are observed. We observe the formation of non-usual three-vortex structures from which we infer the existence of vortices and anti-vortices together in the sample. We observe evidence of quantum turbulence, a state where non-regular vortex arrays appear as well as vortex lines have no preferred direction to form.