Este trabalho visa o estudo de colisões atômicas mediadas por fótons. Devido à presença da luz ressonante consideramos em nosso sistema os processos de excitação e decaimento atômicos. Em particular, o decaimento atômico tem sua importância no estudo das armadilhas magneto-ópticas, pois este decaimento poder ser um dos fatores que limita a permanência dos átomos confinados neste tipo de armadilha. Apresentaremos uma formulação inédita para a resolução numérica das equações de populações e coerências que descrevem o processo colisional para um par atômico de átomos de dois níveis. Nesta formulação, não utilizamos aproximação, com isso foi possível também, neste trabalho, checarmos a validade da teoria semi-clássica, uma vez que esta é elaborada por um método aproximativo. Comparando nossa formulação, ao qual batizamos de formalismo quântico, com o formalismo semi-clássico, verificamos que a validade deste último restringe-se quando atribuímos determinados valores para o momentum e largura do pacote de ondas, associado à partícula reduzida. Baseado nas redes-ópticas, apresentaremos também um modelo de experimento que possibilite a preparação de um estado inicial para dois átomos colidentes na presença de um feixe laser de prova. Um outro estudo consiste em verificarmos a existência de um potencial efetivo que possibilite descrever o mesmo resultado, assintoticamente, utilizando os formalismos quântico e o Liouvilliano clássico / We study atomic collisions mediated by photons. Due to the presence of remnant light, we consider atomic decay and excitation processes. In particular, the atomic decay is important to the study of magneto-optical traps, because this process is one of the factors limiting the time of atomic confinement in these devices. We present a new formulation to solve numerically the equations describing the populations and coherences involved in the collision process of a pair of two-level atoms. This is a numerically exact approach; hence we have been able to check the semi-classical results. We verify that the validity of this approximation is restricted to certain ranges of momentum and wave-packet width, both associated with the reduced particle. Based on current optical-lattice technology, we also present a thought experiment in which it is possible to prepare an initial state of the two colliding atoms in the presence of a probe laser beam. Another study concerns the verification of the existent of an effective potential which gives the correct asymptotic quantum collision output in a classical Liouvillian framework

Este trabalho visa o estudo de colisões atômicas mediadas por fótons. Devido à presença da luz ressonante consideramos em nosso sistema os processos de excitação e decaimento atômicos. Em particular, o decaimento atômico tem sua importância no estudo das armadilhas magneto-ópticas, pois este decaimento poder ser um dos fatores que limita a permanência dos átomos confinados neste tipo de armadilha. Apresentaremos uma formulação inédita para a resolução numérica das equações de populações e coerências que descrevem o processo colisional para um par atômico de átomos de dois níveis. Nesta formulação, não utilizamos aproximação, com isso foi possível também, neste trabalho, checarmos a validade da teoria semi-clássica, uma vez que esta é elaborada por um método aproximativo. Comparando nossa formulação, ao qual batizamos de formalismo quântico, com o formalismo semi-clássico, verificamos que a validade deste último restringe-se quando atribuímos determinados valores para o momentum e largura do pacote de ondas, associado à partícula reduzida. Baseado nas redes-ópticas, apresentaremos também um modelo de experimento que possibilite a preparação de um estado inicial para dois átomos colidentes na presença de um feixe laser de prova. Um outro estudo consiste em verificarmos a existência de um potencial efetivo que possibilite descrever o mesmo resultado, assintoticamente, utilizando os formalismos quântico e o Liouvilliano clássico / We study atomic collisions mediated by photons. Due to the presence of remnant light, we consider atomic decay and excitation processes. In particular, the atomic decay is important to the study of magneto-optical traps, because this process is one of the factors limiting the time of atomic confinement in these devices. We present a new formulation to solve numerically the equations describing the populations and coherences involved in the collision process of a pair of two-level atoms. This is a numerically exact approach; hence we have been able to check the semi-classical results. We verify that the validity of this approximation is restricted to certain ranges of momentum and wave-packet width, both associated with the reduced particle. Based on current optical-lattice technology, we also present a thought experiment in which it is possible to prepare an initial state of the two colliding atoms in the presence of a probe laser beam. Another study concerns the verification of the existent of an effective potential which gives the correct asymptotic quantum collision output in a classical Liouvillian framework

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T15:48:18Z No. of bitstreams: 1 tiagomendesrodrigues.pdf: 26298830 bytes, checksum: e08297ee7d81cba04e862c003211e4ad (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T19:06:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tiagomendesrodrigues.pdf: 26298830 bytes, checksum: e08297ee7d81cba04e862c003211e4ad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T19:06:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tiagomendesrodrigues.pdf: 26298830 bytes, checksum: e08297ee7d81cba04e862c003211e4ad (MD5) Previous issue date: 2012-07-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A construção de um acelerador de baixa energia no Departamento de Física da Universidade Federal de Juiz de Fora tem como objetivo estabelecer neste departamento uma linha de pesquisa experimental em Colisões Atômicas e Física de Superfície, ampliando o espectro de investigação teórico e experimental pois possibilitará a implantação de técnicas de análise de superfície por impacto de íons e estudo de colisões íon/átomo/molécula através da espectroscopia de massa. Uma máquina como esta é composta basicamente de uma fonte de íons, um estágio de aceleração e outro estágio de focalização do feixe. Durante esses estágios, os íons são submetidos a diferentes potenciais, que os acelera em direção à câmara de detecção, passando por um conjunto de lentes eletrostáticas para focalizar o feixe, otimizando o número de íons que são detectados. Estes íons detectados serão posteriormente utilizados em estudos de seções de choque e análise de superfícies. / The construction of a low energy particle accelerator at the Physics Department of Federal University of Juiz de Fora has the aim of establishing at this department an experimental research line on atomic collisions and surface physics, increasing the theoretical and experimental investigation spectrum because it will enable the implantation of techniques in analysis of surface by impact of ions and the ion/atom/molecule study through mass spectroscopy. A machine like this one is basically composed by an ion source, an acceleration stage and another stage of beam focusing. During these stages, the ions are subjected to different potentials, that accelerates them towards the detection chamber, through a set of electrostatic lenses to focus the beam, optimizing the number of ions that are detected. These detected ions will be later used in studies of cross-sections and surface analysis studies.

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.

Neste trabalho implementamos um programa computacional capaz de descrever passo-a-passo o processo de colisão entre dois átomos confinados numa armadilha magneto-óptica em regime frio. Para isso utilizamos o formalismo de Wigner, que é uma formulação equivalente à mecânica quântica, para encontrar-mos uma aproximação quase-clássica para as equações que descrevem o sistema. Este formalismo permite-nos separar os graus de liberdade externos dos átomos colidentes, que podem ser tratados de maneira quase-clássica, dos graus internos de liberdade, os quais não tem contraparte clássica e, portanto, são tratados quanticamente / In this work we implement a computer program that describes, step by step, the collision process between two atoms confined in a magneto-optical trap in the cold regime. Here we utilize the Wigner-function theory, which is a formulation of quantum mechanics in terms of a phase space, to find a quasi-classical approx¬imation of the dynamical equations that govern the time evolution of the system. This approach allows us to describe the dynamics in terms of external and internal degrees of freedom. The former degrees of freedom are treated quasi-classically, while the latter, because they do not have a classical counterpart, are treated quan¬tum mechanically

Neste trabalho implementamos um programa computacional capaz de descrever passo-a-passo o processo de colisão entre dois átomos confinados numa armadilha magneto-óptica em regime frio. Para isso utilizamos o formalismo de Wigner, que é uma formulação equivalente à mecânica quântica, para encontrar-mos uma aproximação quase-clássica para as equações que descrevem o sistema. Este formalismo permite-nos separar os graus de liberdade externos dos átomos colidentes, que podem ser tratados de maneira quase-clássica, dos graus internos de liberdade, os quais não tem contraparte clássica e, portanto, são tratados quanticamente / In this work we implement a computer program that describes, step by step, the collision process between two atoms confined in a magneto-optical trap in the cold regime. Here we utilize the Wigner-function theory, which is a formulation of quantum mechanics in terms of a phase space, to find a quasi-classical approx¬imation of the dynamical equations that govern the time evolution of the system. This approach allows us to describe the dynamics in terms of external and internal degrees of freedom. The former degrees of freedom are treated quasi-classically, while the latter, because they do not have a classical counterpart, are treated quan¬tum mechanically

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.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-27T17:25:20Z No. of bitstreams: 1 albertoluizcostalosqui.pdf: 980859 bytes, checksum: 6a4b26d0da99c1e6a6b4a4dad945649c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:05:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 albertoluizcostalosqui.pdf: 980859 bytes, checksum: 6a4b26d0da99c1e6a6b4a4dad945649c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 albertoluizcostalosqui.pdf: 980859 bytes, checksum: 6a4b26d0da99c1e6a6b4a4dad945649c (MD5) Previous issue date: 2008-07-25 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Seções de choque total de perda e captura eletrônica de Li2+ em Ar foram medidas na faixa de energia de 0,5 a 3,0 MeV. Os dados experimentais para a perda são comparados com cálculos teóricos baseados na Aproximação de Bom de Ondas Planas (PWBA) e no Modelo de Colisões Livres (MCL). A perda eletrônica pode acontecer basicamente de dois modos diferentes, denominados como blindagem e antiblindagem. No modo de blindagem a perda é devido à interação do núcleo blindado do alvo com o elétron ativo do projétil e no modo de antiblindagem a perda é devido à interação do elétron ativo do alvo com o elétron ativo do projétil. As medidas das seções de choque total de perda obtidas neste trabalho apresentam valores bem abaixo dos cálculos teóricos, isso pode ser devido a um acoplamento dos canais de perda e captura eletrônica numa mesma colisão, que não são levados em conta tanto na PWBA quanto no MCL; e no caso da PWBA a diferença experimento-teoria é maior, pois essa aproximação é perturbativa. Para o tratamento com alvos pesados, as teorias não perturbativas apresentam uma descrição mais satisfatória, porém deve ser levado em conta o acoplamento de canais competitivos de perda e captura eletrônica numa mesma colisão, para uma descrição correta do problema. Essas medidas são inéditas na literatura, e vêem com o intuito de contribuir para o tratamento de colisões que envolvem íons multicarregados e alvos pesados. / Total cross sections of loss and electron capture of Li2+ in Ar were measured in the range of energy from 0,5 to 3,0 MeV. The experimental data for loss are compared with theoretical calculations based in the Plane Wave Born Approximation (PWBA) and on the Model of Free Collisions. The electronic loss may happen basically from two different modes, the so-called screening and antiscreening. In the screening mode the loss is due to the interaction of the screened target nucleus with the electron active of projectile and in the antiscreening mode the loss is due the interaction of the electron active of target with the electron active of projectile. The measures of the total cross sections of loss in this work present values well bellow of the theoretical calculations, this can due to a coupling of the loss and electronic capture channels on a same collision that are not taken into account in such a way in the PWBA how much in the MCL; and in the case of the PWBA the difference experiment-theory is bigger, therefore this approach is perturbative. For the treatment with heavy targets, the nonperturbative theories show a description more satisfactory, but it must be considered the coupling of competitive channels of loss and electronic capture on the same collision for a correct description of the problem. These measures are unpublished on the literature, and come in order to contribute for the treatment of collisions that involves multicharged ions and heavy targets.

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 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.