Armadilhamento duplo de átomos neutros constitui um dos avanços mais recentes no estudo de colisões frias. Obtivemos experimentalmente as taxas de perda devido a interação de espécies alcalinas mistas (Cs/Rb). Utilizamos uma armadilha magneto-óptica mista operando com feixes de alta intensidade permitindo o resfriamento e confinamento das amostras com sucesso. Esse trabalho apresenta-se de forma relevante pois corresponde a primeira etapa para o estudo do processo de formação de moléculas frias heteronucleares. Uma comparação entre duas técnicas de monitoramento dos processos de carga de átomos foi realizada. Os resultados tanto qualitativamente como quantitativamente foram satisfatórios. Determinamos as taxas de perda, de interesse e analisamos essas taxas considerando a proporção entre as massas dos átomos envolvidos e enfocando o efeito causado pela diferença de massa entre eles concluindo assim o objetivo principal dessa dissertação. / Double trapping of neutral atoms is one of the most recent advances in the study of collisions cold. Experimentally obtained the rates of loss due to the interaction of species alkaline mixed (Cs / Rb). We use a magneto-optical trap mixed operating with beams of high intensity allowing the cooling and containment of the samples successfully. This work is so important because it represents the first step to study the process of formation of molecules heteronucleares cold. A comparison between two techniques of monitoring procedures for cargo of atoms was performed. The results both qualitatively and quantitatively were satisfactory. And the rates of loss of interest and analyze the rates considering the ratio between the masses of atoms involved and focusing on the effect caused by the difference of mass between them thus completing the main objective of this dissertation.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1Σ+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1Σ+ (v = 0).

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 introducao.pdf: 91836 bytes, checksum: cb92c1e5e08cf2686a55fb3fdfcba785 (MD5) Previous issue date: 2011-07-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present the building and characterization of a Magneto-Optical Trap (from now on named MOT) for Rubidium atoms. We perform experiments for studying the e¤ect of a broadband light over trapped atoms. In order to carry out this study we used a incandescent lamp which is broad in the wavelength spectrum. We observed in a MOT, with a number of 109 trapped atoms, that the broadband light increases the emitted .uorescence by the cloud of atoms. This could indicate an e¤ective enlargement in the trap e¢ciency. However, we cannot distinguish, based on our experiments, if this di¤erence is due to an increasing in the number of the trapped atoms or if it is just scattered light caused by the increasing in the intensity of the incident light over the cloud. Thus, we did an analysis in the answer of the laser beam versus the variation in the intensity of lasers used for trapping. In a second step, we perform this study but with a lower number of trapped atoms, 108 atoms, and we verify that the heating of the lamps implies in the increasing of the loss of atoms in the trap, diminishing the number of trapped atoms. Hence, this lead us to make a study on the collisions dynamics that are in the trap, in order to understand the in.uence of the temperature on the trap e¢ciency. We observe that a small uniform increasing in the chamber temperature would lead to a great loss in the trap , but the increasing in the temperature caused by the lamps is a local increasing and generates a degassing of the chamber, increasing the quantity of the background vapour. / Neste trabalho apresentamos a construção e caracterização de uma armadilha magneto-óptica, a qual utilizamos para aprisionamento de átomos de Rb. Após a construção da armadilha e sua caracterização, fizemos experimentos para estudar os efeitos da luz de banda larga sobre os átomos aprisionados. Para esse estudo, utilizamos lâmpadas incandescentes que possuem um espectro largo de comprimentos de onda. Verificamos que em uma armadilha com 109 átomos aprisionados, a luz de banda larga aumenta a fluorescência emitida pela nuvem de átomos, tendo fortes indícios que isto representa efetivamente um aumento na eficiência da armadilha. No entanto, com os experimentos que fizemos, não podemos distinguir se essa diferença é referente a um aumento de átomos aprisionados ou apenas espalhamento de luz causado pelo aumento da intensidade de luz incidida sobre a nuvem. Fizemos então uma comparação da resposta dos átomos, frente a variações na intensidade dos feixes de laser utilizados para o aprisionamento. Por motivos que serão discutidos neste trabalho, refizemos esse estudo com um número menor de átomos aprisionados, 108 átomos, e verificamos que o aquecimento das lâmpadas reflete no aumento das perdas na armadilha, diminuindo então o número de átomos aprisionados. Isto nos levou a fazer um estudo sobre a dinâmica das colisões presentes na armadilha, para entendermos a influência da temperatura na eficiência da armadilha. Verificamos que um pequeno aumento uniforme na temperatura da câmara levaria a grandes perdas na armadilha, mas o aumento da temperatura causado pelas lâmpadas é um aumento local, e gera um processo de desgaseificação da câmara, aumentando a quantidade de átomos, "diferentes de Rb", presentes no vapor de fundo.

Armadilhamento duplo de átomos neutros constitui um dos avanços mais recentes no estudo de colisões frias. Obtivemos experimentalmente as taxas de perda devido a interação de espécies alcalinas mistas (Cs/Rb). Utilizamos uma armadilha magneto-óptica mista operando com feixes de alta intensidade permitindo o resfriamento e confinamento das amostras com sucesso. Esse trabalho apresenta-se de forma relevante pois corresponde a primeira etapa para o estudo do processo de formação de moléculas frias heteronucleares. Uma comparação entre duas técnicas de monitoramento dos processos de carga de átomos foi realizada. Os resultados tanto qualitativamente como quantitativamente foram satisfatórios. Determinamos as taxas de perda, de interesse e analisamos essas taxas considerando a proporção entre as massas dos átomos envolvidos e enfocando o efeito causado pela diferença de massa entre eles concluindo assim o objetivo principal dessa dissertação. / Double trapping of neutral atoms is one of the most recent advances in the study of collisions cold. Experimentally obtained the rates of loss due to the interaction of species alkaline mixed (Cs / Rb). We use a magneto-optical trap mixed operating with beams of high intensity allowing the cooling and containment of the samples successfully. This work is so important because it represents the first step to study the process of formation of molecules heteronucleares cold. A comparison between two techniques of monitoring procedures for cargo of atoms was performed. The results both qualitatively and quantitatively were satisfactory. And the rates of loss of interest and analyze the rates considering the ratio between the masses of atoms involved and focusing on the effect caused by the difference of mass between them thus completing the main objective of this dissertation.

Neste trabalho, estudamos a fotoassociação de átomos de rubídio no regime de curto alcance. Realizamos espectroscopia por perda de átomos em uma armadilha magneto-óptica de 85Rb usando um laser de fibra de alta potência, o qual possuia largura de linha da ordem de 1MHz e 50W de potência no intervalo de 1060nm a 1070nm. Dois níveis vibracionais do potencial excitado 0u+ foram observados (v=137 e v=138). Além disso, medimos o tempo de vida de uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Como esperado, o tempo de vida é menor quando o laser está sintonizado na ressonância. Um modelo teórico prevê a distribuição dessas moléculas nos níveis vibracionais do estado eletrônico fundamental após o processo de fotoassociação. Os resultados, nos sugerem perspectivas para a produção de moléculas de Rb2 no estado vibracional fundamental. / In this work, we studied short-range photoassociation of rubidium atoms. We realize trap-loss spectroscopy in a magneto-optical trap of 85Rb using high power fiber laser, which had around 1MHz linewidth and 50W power at 1060nm to 1070nm interval. Two vibrational levels of the 0u+ excited potential were observed (v=137 e v=138). Besides that, we measured the lifetime of a crossed optical dipole trapped. As expected, the lifetime is shorter when the laser is tuned on resonance. A theoretical model predicts the molecular distribution in the vibrational levels of electronic ground state. The results suggest us perspectives to produce Rb2 molecules in the ground vibrational state.

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, determinamos a constante de taxa de formação molecular para a molécula Rb2, e observamos o comportamento desta constante de taxa como função da intensidade e da freqüência da luz responsável pelo processo de fotoassociação. Nesse sentido, realizamos uma série de experimentos com o intuito de alcançarmos um melhor entendimento sobre o processo de formação molecular e detecção. Neste trabalho aprisionamos os átomos em duas configurações geométricas espaciais diferentes, na forma esférica e na forma de anel. Com os átomos confinados na configuração de anel, desenvolvemos uma nova técnica para o estudo de processos colisionais ultrafrios, onde a existência de eixo preferencial de colisão faz com os átomos aprisionados no anel se comportem com um mini-feixe atômico ultrafrio. / We present a systematic study of the Rb2 molecular dimmers formed in a MOT. We start with the determination of the molecular formation rate constant and have studied it\'s as function of the laser intensity and frequency used in the photoassociation process. The results provided more insights to help the understanding in the molecular formation process We have also probed samples in which the cold atoms were trapped by different geometries with and without a preferential collision axis: spherical/ring shaped MOTs. It was observed that the atoms in the ring shaped MOT present special features due to the collisional axis. This means that they behave like a miniature atomic beam which can be used in many other future experiments.

Neste trabalho, determinamos a constante de taxa de formação molecular para a molécula Rb2, e observamos o comportamento desta constante de taxa como função da intensidade e da freqüência da luz responsável pelo processo de fotoassociação. Nesse sentido, realizamos uma série de experimentos com o intuito de alcançarmos um melhor entendimento sobre o processo de formação molecular e detecção. Neste trabalho aprisionamos os átomos em duas configurações geométricas espaciais diferentes, na forma esférica e na forma de anel. Com os átomos confinados na configuração de anel, desenvolvemos uma nova técnica para o estudo de processos colisionais ultrafrios, onde a existência de eixo preferencial de colisão faz com os átomos aprisionados no anel se comportem com um mini-feixe atômico ultrafrio. / We present a systematic study of the Rb2 molecular dimmers formed in a MOT. We start with the determination of the molecular formation rate constant and have studied it\'s as function of the laser intensity and frequency used in the photoassociation process. The results provided more insights to help the understanding in the molecular formation process We have also probed samples in which the cold atoms were trapped by different geometries with and without a preferential collision axis: spherical/ring shaped MOTs. It was observed that the atoms in the ring shaped MOT present special features due to the collisional axis. This means that they behave like a miniature atomic beam which can be used in many other future experiments.

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 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.