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 apresentamos a produção de moléculas frias heteronucleares em uma armadilha magneto-óptica mista de 39K e 85Rb e detectadas no estado fundamental. A técnica de detecção consiste na fotoionização pulsada das moléculas que, após terem sido fotoassociadas, decaem através de emissão espontânea para estados ligados do potencial do estado molecular fundamental. A partir dos resultados da produção de moléculas frias KRb, estudamos-as com relação ao tipo de colisões que as originam, e à temperatura associada ao seu movimento translacional. Experimentos foram também realizados para comprovar que as moléculas detectadas são provenientes do estado fundamental. Finalmente, também estudamos neste trabalho, a taxa segundo a qual são formadas. Concomitantemente à produção de KRb, moléculas frias homonucleares 39K2 e 85Rb2 são também formadas, detectadas e caracterizadas. São apresentados também, os primeiros passos dados em direção à realização de espectroscopia fotoassociativa dos estados ligados das moléculas heteronucleares obtidas. / In this work, cold ground-state KRb molecules were produced by photoassociation in a two species magneto-optical trap (MOT) containing 39K and 85Rb. The KRb molecules are produced through photoassociation and detected in the ground state by multiphoton pulsed ionization. We have characterized their translational temperature and measured their formation rate constant. Homonuclear cold molecules 39K2 and 85Rb2 detected in their ground state were also formed in our trap and characterized as well. It is also reported our first efforts towards the realization of photoassociation spectroscopy of the heteronuclear molecules produced in our trap.

Processos colisionais envolvendo transferência de energia têm sido intensivamente investigados em amostras de átomos de Rydberg frios nos últimos anos. Alguns grupos de pesquisa têm interpretado tais processos utilizando um modelo de muitos corpos; nosso grupo tem explicado tais processos, considerando a interação de dois corpos em um potencial de ultralongo alcance e o movimento sob a ação de um potencial. Nesta tese nós investigamos tais processos de colisão envolvendo átomos de Rydberg frios, produzidos em uma armadilha magneto-óptica. A investigação da evolução temporal de estados de Rydberg produzidos por colisões para diferentes densidades atômicas nos permite demonstrar que o processo binário é dominante. Além disso, mostramos que a radiação de corpo negro não pode ser desprezada nestes experimentos. Finalmente, sugerimos melhorias para um modelo semi-clássico de dinâmica colisional proposto por nosso grupo. / Collisional processes involving energy transfer have been intensively investigated in samples of cold Rydberg atoms in the last years. Some research groups have interpreted such processes using a many body model; on the other hand our group has explained such processes considering a two body interaction in an ultralong range potential and the atomic motion under the influence of such potential. In this work, we have investigated such atomic collisions involving cold Rydberg atoms, produced in a magneto-optical trap. The time evolution study of the Rydberg states produced by collisions for different atomic densities has shown us that the binary process is dominant in such system. Beyond that, we have shown that the radiation of black body cannot be neglected in these experiments. Finally, we suggest improvements for the semi-classical collissional dynamic model proposed by our group.

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≤n≤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≤n≤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.

Uma análise dos processos colisionais homonucleares e heteronucleares, responsáveis por perdas em uma armadilha magneto-óptica, foi realizada neste trabalho. Resultados experimentais inéditos para as taxas de perdas, no sistema Rb-Cs, foram obtidos. Os dados experimentais em conjunto com os resultados do modelo sugerem que o processo de escape radiativo é dominante. O modelo utilizado é muito sensível à profundidade da armadilha, a qual depende de outros parâmetros (intensidade, dessintonia, gradiente de campo magnético, etc.). A colaboração com pesquisadores italianos possibilitou uma análise mais detalhada das taxas de perdas heteronucleares em outras regiões de intensidade. Estudamos a dependência das taxas heteronucleares com a razão das massas do par atômico, e uma razoável concordância foi observada. O estudo de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas é importante na obtenção do condensado de BoseEinstein com duas espécies atômicas distintas, e também em experiências de espectroscopia fotoassociativa. / In this work, we had investigated the heteronuclear trap loss rate in a two-species Rb-Cs magneto-optical trap. The experimental results suggest that radiative escape is the main collisional process responsible for heteronuclear losses. An addapted Gallagher - Pritchard model is compared with the data. The model is very sensitive to the trap depth, which depends on the trap parameters (intensity, detuning, magnetic - field gradient, etc.) This observation is also supported by experimental results from a Pisa\' group. We have compared experimental of heteronuclear rates as a function of the masses ratio of the atomic pair with the model, and a reasonable agreement is observed. These studies are relevant for high resolution atomic / molecular spectroscopy, and for the production of mixed - species Bose-Einstein condensates.

Neste trabalho estudamos o processo de foto-ionização associativa(PAI) em uma amostra fria de átomos de sódio com o objetivo entender os efeitos dos estados repulsivos e dimensão da colisão. Realizamos experimentos de PAI com duas cores em uma armadilha magneto-óptica adicionando um feixe de prova com intensidade, frequências e polarização ajustáveis. O formato dos átomos aprisionados também foi uma das variáveis no estudo da PAI. Para os átomos em formação esférica, observamos uma mudança marcante no comportamento da constante de taxa de formação da foto-ionização associativa(K) para um determinado domínio de frequências, e essa mudança no comportamento pode ser atribuída a participação de estados moleculares repulsivos na PAI e a formação de um possível cruzamento evitado entre os níveis moleculares. No atomotron ,armadilha atômica em forma de anel, variamos a polarização do laser de prova e constatamos que a razão entre K das polarizações paralela e perpendicular ao movimento dos átomos é igual a 4. Uma comparação entre K do atomotron e o da armadilha esférica em função da intensidade do feixe de prova, nos mostrou uma diferença no comportamento e no valor da constante de taxa. / Photoassociative ionization (PAI) in a cold sample of sodium atoms was the main subject of our studies as a way to understand the effects of repulsive states and collision dimensions. Two-color PAI experiment were preformed in a magneto-optical trap (MOT) trough the addition of a probe laser beam, the intensity, polarization and frequency of that probe laser were tunable. The shape of the trapped atoms also could be changed. In a spherical shape MOT, we observed a marked change in the PAI rate constant (K) for a definite frequency range, and that change can be attributed to the influence of repulsive molecular states and the a possible formation of an avoided crossing between molecular levels. In atomotron, ring shaped mot, we changed the polarization of the probe beam, and saw that the ratio between K for a polarization parallel to the atoms motion and a perpendicular one is 4. Comparing the K as a function of the intensity between a spherical shaped mot and atomotron showed us a difference in the behavior and the value of the rate constant.

Nós demonstramos, pela primeira vez, o resfriamento via laser de um feixe atômico duplo. Ao se carregar um forno a 650oC com uma liga de Li179Na obtêm-se uma destilação efusiva que produz um feixe com fluxos idênticos de Li e de Na. Este feixe formado por duas espécies é desacelerado pela técnica Zeeman utilizando-se dessintonias iguais a Li = -850 MHz e Na = +150 MHz das respectivas transições atômicas 2S1/2 F = 2 2P3/2 F = 3. Em um segundo experimento, mostramos uma nova armadilha magneto-óptica bicromática, em cela de vapor. Obtivemos um incremento de ~10 vezes no número de átomos resfriados utilizando uma armadilha de Na do tipo I circundada por uma armadilha do tipo II, que não se superpõe à primeira. Isto ocorre quando temos o laser de captura a 12 MHz para o vermelho da transição 32S1/2 F = 2 32P3/2 F = 2. Em um terceiro experimento, observamos a primeira armadilha magneto-óptica para alcalinos operando na transição 2S1/2 2P1/2 (linha D1). Para o caso escolhido de átomos de sódio, obtêm-se quatro armadilhas diferentes dentro desta linha D1, contendo de 105 a 107 átomos resfriados. Para duas delas, é necessário inverter-se o sinal das polarizações circulares usuais dos lasers de resfriamento, devido aos desvios Zeeman negativos dos níveis hiperfinos inferiores / We demonstrate, for the first time, a laser cooling of a double atomic beam. By loading an oven at 650oC with a Li179Na alloy we get an effusive distillation producing a beam with equal fluxes of Li and Na. This two-species beam was laser cooled by Zeeman technique with Li = -850 MHz and Na = +150 MHz detunings from the corresponding 2S1/2 F = 2 2P3/2 F = 3 atomic transitions. In a second experiment, we show a new two-color vapor-cell magneto-optical trap. By surrounding type-I Na trap with a non-overlaping type-II trap we achieve a ~10-fold improvement in the number of cooled atoms. This is achieved when the capture laser is detuned 12 MHz to the red of the 32S1/2 F = 2 32P3/2 F = 2 transition. In a third experiment, we observe the first alkaline magneto-optical trap operating on 2S1/2 2P1/2 transition (D1 line). For the choosen sodium atoms, we have four different traps within D1 line, with 105 to 107 cooled atoms. For two of them, one has to revert the usual sign of circular polarizations of the cooling lasers, due to negative Zeeman shift of the lower hyperfine levels

Nós demonstramos, pela primeira vez, o resfriamento via laser de um feixe atômico duplo. Ao se carregar um forno a 650oC com uma liga de Li179Na obtêm-se uma destilação efusiva que produz um feixe com fluxos idênticos de Li e de Na. Este feixe formado por duas espécies é desacelerado pela técnica Zeeman utilizando-se dessintonias iguais a Li = -850 MHz e Na = +150 MHz das respectivas transições atômicas 2S1/2 F = 2 2P3/2 F = 3. Em um segundo experimento, mostramos uma nova armadilha magneto-óptica bicromática, em cela de vapor. Obtivemos um incremento de ~10 vezes no número de átomos resfriados utilizando uma armadilha de Na do tipo I circundada por uma armadilha do tipo II, que não se superpõe à primeira. Isto ocorre quando temos o laser de captura a 12 MHz para o vermelho da transição 32S1/2 F = 2 32P3/2 F = 2. Em um terceiro experimento, observamos a primeira armadilha magneto-óptica para alcalinos operando na transição 2S1/2 2P1/2 (linha D1). Para o caso escolhido de átomos de sódio, obtêm-se quatro armadilhas diferentes dentro desta linha D1, contendo de 105 a 107 átomos resfriados. Para duas delas, é necessário inverter-se o sinal das polarizações circulares usuais dos lasers de resfriamento, devido aos desvios Zeeman negativos dos níveis hiperfinos inferiores / We demonstrate, for the first time, a laser cooling of a double atomic beam. By loading an oven at 650oC with a Li179Na alloy we get an effusive distillation producing a beam with equal fluxes of Li and Na. This two-species beam was laser cooled by Zeeman technique with Li = -850 MHz and Na = +150 MHz detunings from the corresponding 2S1/2 F = 2 2P3/2 F = 3 atomic transitions. In a second experiment, we show a new two-color vapor-cell magneto-optical trap. By surrounding type-I Na trap with a non-overlaping type-II trap we achieve a ~10-fold improvement in the number of cooled atoms. This is achieved when the capture laser is detuned 12 MHz to the red of the 32S1/2 F = 2 32P3/2 F = 2 transition. In a third experiment, we observe the first alkaline magneto-optical trap operating on 2S1/2 2P1/2 transition (D1 line). For the choosen sodium atoms, we have four different traps within D1 line, with 105 to 107 cooled atoms. For two of them, one has to revert the usual sign of circular polarizations of the cooling lasers, due to negative Zeeman shift of the lower hyperfine levels