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 abordamos os processos de perdas colisionais por mudança de estrutura fina e por escape radiativo. Estes processos são importantes por serem os principais fatores limitantes da densidade e da permanência de átomos confinados em armadilhas magneto-ópticas. A utilização do formalismo de Wigner nos possibilitou tratar a dinâmica dos graus de liberdade internos do sistema de forma puramente quântica, enquanto tratamos os graus de liberdade translacionais de maneira semiclássica. Com este formalismo deduzimos equações inéditas para uma colisão unidimensional e desenvolvemos um algoritmo, também inédito, para a resolução numérica de tais equações. / In this work we study the collision loss processes caused by fine-structure change and radiative escape. These processes are important because they limit the density and the confinement time of atoms in magneto-optical traps. The use of the Wigner-function formalism allows us to treat the internal degrees of freedom purely quantum mechanically, while treating the dynamics of the external degrees of freedom quasi-classically. This dissertation employs this formalism to derive for the first time, quasi-classical equations describing one-dimensional cold collisions, including dissipation due to spontaneous emission, and an algorithm, also for the first time, to solve numerically the mentioned set of coupled equations.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anne Luise Kruger.pdf: 3331342 bytes, checksum: f90ffb5e34c66b8e268f864d4f6dab4e (MD5) Previous issue date: 2013-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The magneto-optical traps cool and trap atoms in a given region, forming clouds of cold atoms. As the setting of the trap, clouds can be obtained in different geometries such as spherical or ring-shaped. Traps have a wide range of applications, such as building atomic clocks, to obtain the Bose-Einstein condensate and the study of collisions, wherein the ring geometry is interesting to study in low dimensions. The learning of the trap parameters implies in its characterization and thus the appropriate parameters allow to optimize the trap and improve the performance of it s. The objective of our work is to study the behavior of the motion of atoms and the forces that act upon them by varying some parameters of the trap, such as the magnetic field gradient, the detuning between the laser frequency and the atomic transition, the intensity of the laser beams and also the intensity beams profile of the beams. By using the integration method of Runge-Kutta, we present simulations of the trajectory of a trapped atom and the radius of the orbit varying the same parameters of the trap mentioned above. One can find in literature a description of the force exertd on the trapped atoms with Gaussian profile laser beams in the traditional configuration and also with a small misalignment. From the deduction of the force on the trapped atoms with laser beams of Gaussian profile, we present some considerations to find the force acting on the atoms with Gaussian beam profile and simulations in this new configuration. Thus, the possibility of trapping atoms with other intensity beam profiles can be tested. / As armadilhas magneto-ópticas resfriam e aprisionam átomos em uma determinada região, formando nuvens de átomos frios. Conforme a configuração da armadilha, pode-se obter nuvens em diferentes geometrias, como esféricas ou em forma de anel. As armadilhas tem uma grande gama de aplicações, como a construção de relógios atômicos, a obtenção do condensado de Bose-Einstein e o estudo de colisões, no qual a geometria em anel se torna interessante para o estudo em baixas dimensões. Para conhecer os parâmetros da armadilha é necessário fazer sua caracterização. Parâmetros adequados permitem otimizar a armadilha e melhorar a performance da mesma. O objetivo de nosso trabalho é estudar o comportamento do movimento dos átomos e das forças que atuam sobre eles ao variar alguns parâmetros da armadilha, como por exemplo o gradiente de campo magnético, a dessintonia entre a frequência do laser e da transição atômica, a intensidade dos feixes laser e o perfil de intensidade dos feixes. Utilizando o método de integração de Runge- Kutta, apresentaremos simulações da trajetória de um átomo aprisionado e o raio da órbita variando os mesmos parâmetros da armadilha anteriormente citados. Na literatura encontra-se a descrição da força exercida sobre os átomos aprisionados com feixes laser de perfil gaussiano na configuração tradicional e também com um pequeno desalinhamento. A partir da dedução da força sobre os átomos aprisionados com feixes laser de perfil gaussiano, apresentaremos algumas considerações feitas para encontrar a força que atua sobre os átomos com feixes de perfil não gaussiano e simulações realizadas nesta nova consideração. Desta forma, poderá se verificar se existe a possibilidade de aprisionar átomos com feixes de outros perfis de intensidade.

Neste trabalho abordamos os processos de perdas colisionais por mudança de estrutura fina e por escape radiativo. Estes processos são importantes por serem os principais fatores limitantes da densidade e da permanência de átomos confinados em armadilhas magneto-ópticas. A utilização do formalismo de Wigner nos possibilitou tratar a dinâmica dos graus de liberdade internos do sistema de forma puramente quântica, enquanto tratamos os graus de liberdade translacionais de maneira semiclássica. Com este formalismo deduzimos equações inéditas para uma colisão unidimensional e desenvolvemos um algoritmo, também inédito, para a resolução numérica de tais equações. / In this work we study the collision loss processes caused by fine-structure change and radiative escape. These processes are important because they limit the density and the confinement time of atoms in magneto-optical traps. The use of the Wigner-function formalism allows us to treat the internal degrees of freedom purely quantum mechanically, while treating the dynamics of the external degrees of freedom quasi-classically. This dissertation employs this formalism to derive for the first time, quasi-classical equations describing one-dimensional cold collisions, including dissipation due to spontaneous emission, and an algorithm, also for the first time, to solve numerically the mentioned set of coupled equations.