Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-03-13T21:29:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) André Gustavo de Oliveira.pdf: 22922599 bytes, checksum: 2b3b9c7fe5748930111b8a3585d9a410 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T21:29:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) André Gustavo de Oliveira.pdf: 22922599 bytes, checksum: 2b3b9c7fe5748930111b8a3585d9a410 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Neste trabalho são analisados os efeitos da adição de um termo de acoplamento baseado na interação dipolar entre núcleos quadrupolares em RMN na produção de spin squeezing através de Hamiltonianos de One-Axis Twisting. Diversos regimes de acoplamento são abordados para o caso de subsistemas com momento angular I=7/2 e J=3/2. Verifica-se através das dinâmicas abordadas e pelos valores mínimos do parâmetro de spin squeezing _S^2 em função da intensidade do acoplamento D que, apesar de mudanças significativas nas dinâmicas, estados spin squeezed ainda são encontrados durante as evoluções / In this work, are analyzed the effects of the addition of a coupling term based on the dipole interaction between quadrupolar nuclei in NMR in the production of spin squeezing through One-Axis Twisting Hamiltonians. Several coupling regimes are addressed in the case of subsystems with angular momentum I = 7/2 and J = 3/2. It is verified through the dynamics addressed and by the minimum values of the spin squeezing parameter _S^2 as a function of the coupling intensity D that, despite significant changes in the dynamics, spin squeezed states are still encountered during the evolutions

Ce travail de thèse rapporte la production tout optique de condensats de Bose-Einstein de 39K. Une étape clé du processus expérimental est l’obtention d’un nuage suffisamment froid permettant le chargement direct d’un piège dipolaire de manière efficace. Notre solution est l’utilisation d’une mélasse fonctionnant dans le bleu de la raie D1 de cet alcalin conduisant à une densité dans l’espace des phases élevée et ainsi au chargement direct d’un grand nombre d’atomes dans un piège à 1550 nm. Le nuage est ensuite polarisé puis comprimé dans un piège dipolaire croisé avant d’entamer un refroidissement évaporatif efficace au voisinage d’une résonance de Feshbach. Ce processus permet la production rapide de condensats de Bose-Einstein toutes les 7 secondes sur notre expérience. Ces nuages dégénérés représentent le point de départ pour la conduite d’expériences visant à étudier les effets du désordre dans les gaz quantiques en dimensions réduites. Nous envisageons l’étude du diagramme de phase du gaz de Bose bidimensionnel désordonné, de la localisation d’Anderson en dimension deux ainsi que l’étude de l’influence du désordre sur un soliton brillant dans une géométrie unidimensionnelle. / This thesis presents the all optical production of 39K Bose-Einstein condensates. A key point in the process is the sub-Doppler cooling that allows for an efficient loading of an optical dipole trap. To this aim we use a gray molasses scheme working on the blue side of the D1 line of this alkali that leads to a high phase space density and a high number of trapped atoms in a 1550 nm optical trap. The cloud is then polarized and compressed in a crossed dipole trap before starting an efficient forced evaporation close to a Feshbach resonance. This process allows us to produce Bose-Einstein condensates every 7 seconds with our experiment. Those degenerate clouds represent the starting point of experiments aiming to study the influence of disorder on quantum gases in low dimensions. We discuss the perspectives to study of the phase diagram of the two-dimensional disordered Bose gas as well as the Anderson localization phenomenon in two dimensions and the behaviour of bright solitons in a disordered potential in a one-dimensional geometry.

Cette thèse décrit l'observation expérimentale de l'effet Hong-Ou-Mandel avec une sourceatomique ultra-froide. L’expérience originale réalisée en 1987 par C. K. Hong, Z. Y. Ou et L. Mandel illustre de façon simple une interférence à deux particules explicable uniquement par la mécanique quantique : deux particules bosoniques et indiscernables, arrivant chacune sur une face d'entrée différente d'une lame semi-réfléchissante ressortent ensemble. Cet effet se traduit par une réduction du taux de détection en coïncidence entre les deux voies de sortie quand les particules arrivent simultanément sur la lame. Cette expérience fut originalement réalisée avec des photons et nous rapportons ici la première mise en oeuvre expérimentale avec des particules massives se propageant dans l’espace libre.Après présentation des différentes techniques nécessaires à sa réalisation, nous décrivons cette expérience et analysons les résultats obtenus. En particulier, la réduction du taux de coïncidence est suffisamment forte pour exclure toute interprétation classique ; l'observation de cet effet constitue une brique fondamentale dans le domaine de l’information quantique atomique. / In this thesis, we report the first realisation of the Hong–Ou–Mandel experiment with massive particles in momentum space. This milestone experiment was originally performed in quantum optics: two photons arriving simultaneously at the input ports of a 50:50 beam-splitter always emerge together in one of the output ports. The effect leads to a reduction of coincidence counts which translates into a dip when particles are indistinguishable. We performed the experiment with metastable helium atoms where the specificities of the Micro-Channel-Plate detector allows one to recover the momentum vector of each individual atom.After listing the necessary tools to perform this experiment with atoms, the experimental sequence is discussed and the results are presented. In particular we measured a coincidence count reduction that cannot be explained through any simple classical model. This corresponds to the signature of a two-particle interference, and confirms that our atomic pair source produces beams which have highly correlated populations and are well mode matched. This opens the prospect of testing Bell’s inequalities involving mechanical observables of massive particles, such as momentum, using methods inspired by quantum optics. It also demonstrates a new way to produce and benchmark twin-atom pairs that may be of interest for quantum information processing.

Le potassium 39 est l'un des alcalins pour lesquels il est possible de contrôler les interactions entre atomes grâce à l'utilisation de résonances de Feshbach. Cette thèse présente un protocole rapide et performant de production de condensats de Bose-Einstein tout optiques de 39K. Notre technique s'appuie sur l'utilisation de mélasses grises permettant de refroidir suffisamment le nuage atomique pour charger directement un piège optique, ainsi que sur une phase d'évaporation optique réalisée au voisinage d'une résonance de Feshbach afin de contrôler le taux de collisions entre atomes. Des études dans divers mélanges de spins nous ont permis d'observer de nouvelles résonances de Feshbach en onde p ainsi qu'une résonance en onde d. Cette dernière, présentant des caractéristiques peu usuelles, a été étudiée plus en détails afin de comprendre les processus de collisions en jeu. Le modèle développé, faisant intervenir deux étapes de collision à deux corps, permet d'expliquer les résultats expérimentaux obtenus. Dans les gaz de Bose dégénérés de 39K produits, le contrôle des interactions au voisinage de la résonance de Feshbach à 560,7 Gauss pour les atomes de 39K dans l'état |F=1,mF=-1> nous a permis d'adresser différents problèmes physiques. Dans le cas d'interactions répulsives, nous étudions l'expansion d'un condensat de Bose-Einstein dans le crossover dimensionel 1D-3D tandis que pour des interactions attractives, nous formons des solitons brillants dans un piège optique unidimensionnel. Les perspectives d'étude de ces gaz de Bose dégénérés auto-confinés dans des milieux désordonnés sont également discutées. / Potassium 39 is an alkali allowing to control the interactions between atoms thanks to Feshbach resonances. This thesis presents a fast and efficient way to produce all-optical Bose-Einstein condensates of 39K. Our technique is first taking advantage of gray molasses cooling leading to a cold enough sample to directly load an optical trap. Then an optical evaporation is performed near a Feshbach resonance to control the collision rate. Studies in various spin mixtures have allowed us to observe new p-wave Feshbach resonances and a d-wave Feshbach resonance. The later presents unusual properties and has been studied in details to understand the collision processes involved. The model developped is a two stage model, each one of them involving a two body collision. It explains the experimental results obtained. In the produced 39K degenerate Bose gases, tuning interactions near the Feshbach resonance at 560,7 Gauss for the atoms in |F=1,mF=-1> has allowed us to adress different physical problems. For repulsive interactions, we study the expansion of a Bose-Einstein condensate in the 1D-3D dimensional crossover. For attractive interactions we produce bright solitons in a one-dimensional optical trap. Perspectives concerning the study of those degenerate self-confined Bose gases in disordered media are also discussed.

Ce manuscrit présente une étude expérimentale par spectroscopie optique de l'interaction lumière-matière dans des microcavités à base d'oxyde de zinc. Nous avons étudié plusieurs types de cavités planaires qui se démarquent des structures déjà existantes autant par leurs structures que par leurs procédés d'épitaxie. Les avantages théoriques qui ont motivé la réalisation, sont discutés puis vériés par des mesures expérimentales de réectivité et de photoluminescence en fonction de la température et de l'intensité d'excitation. Grâce aux caractéristiques optiques de ces nouvelles microcavités nous avons pu étudier l'émission cohérente de lumière basée sur la condensation des polaritons à haute température jusqu'à 300K.Des facteurs de qualité importants ainsi que des énergies de Rabi élevées permettent de mener une étude approfondie sur le lien qui existe entre la fraction photonique des polaritons et la valeur du seuil d'injection optique correspondant à l'eet laser à polaritons. Ce travailde recherche met en exergue les deux processus physiques identiés conduisant à l'eet laser à polaritons : le régime thermodynamique et le régime cinétique. De plus, l'inuence des interactions exciton-phonon est particulièrement soulignée comme un processus permettant de diminuer le seuil de condensation. / This thesis reports a spectroscopic study of the light-matter interaction in ZnO based microcavities.We have examined several planar microcavities which dier from the previous ones through their structures and their epitaxial processes. The theoretical advantages that have driven these realizations are discussed and veried through experimental measurements of reectivity and photoluminescence as a function of temperature and excitation intensity. Thanks to the optical characterics of these new cavities, we have studied the coherent light emission based on the condensation of polaritons at high temperature, up to 300K. High optical quality factor and high Rabi splitting allow to deeply analyze the relationship which exists between the photonic fraction of polaritons and the threshold excitation value corresponding to the occurrence of the polariton laser eect. This work highlights two identied physical processes which contribute to the laser eect : the thermodynamic and kinetic regimes. Moreover, it appears that the exciton-phonon interaction constitutes a specic phenomenon which allows to reduce the polariton laser threshold.

The Casimir-Polder interaction between a single neutral atom and a nearby surface, arising from the (quantum and thermal) fluctuations of the electromagnetic field, is a cornerstone of cavity quantum electrodynamics (cQED), and theoretically well established. Recently, Bose-Einstein condensates (BECs) of ultracold atoms have been used to test the predictions of cQED. The purpose of the present thesis is to upgrade single-atom cQED with the many-body theory needed to describe trapped atomic BECs. Tools and methods are developed in a second-quantized picture that treats atom and photon fields on the same footing. We formulate a diagrammatic expansion using correlation functions for both the electromagnetic field and the atomic system. The formalism is applied to investigate, for BECs trapped near surfaces, dispersion interactions of the van der Waals-Casimir-Polder type, and the Bosonic stimulation in spontaneous decay of excited atomic states. We also discuss a phononic Casimir effect, which arises from the quantum fluctuations in an interacting BEC. / Die durch (quantenmechanische und thermische) Fluktuationen des elektromagnetischen Feldes hervorgerufene Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem elektrisch neutralen Atom und einer benachbarten Oberfläche stellt einen theoretisch gut untersuchten Aspekt der Resonator-Quantenelektrodynamik (cavity quantum electrodynamics, cQED) dar. Seit kurzem werden atomare Bose-Einstein-Kondensate (BECs) verwendet, um die theoretischen Vorhersagen der cQED zu überprüfen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die bestehende cQED Theorie für einzelne Atome mit den Techniken der Vielteilchenphysik zur Beschreibung von BECs zu verbinden. Es werden Werkzeuge und Methoden entwickelt, um sowohl Photon- als auch Atom-Felder gleichwertig in zweiter Quantisierung zu beschreiben. Wir formulieren eine diagrammatische Störungstheorie, die Korrelationsfunktionen des elektromagnetischen Feldes und des Atomsystems benutzt. Der Formalismus wird anschließend verwendet, um für in Fallen nahe einer Oberfläche gehaltene BECs Atom-Oberflächen-Wechselwirkungen vom Casimir-Polder-Typ und die bosonische Stimulation des spontanen Zerfalls angeregter Atome zu untersuchen. Außerdem untersuchen wir einen phononischen Casimir-Effekt, der durch die quantenmechanischen Fluktuationen in einem wechselwirkenden BEC entsteht.

Since Feynman's realization of using quantum systems to investigate quantum dynamics, interest in creating controllable quantum systems to simulate condensed matter phenomenon has been high. With the realization of BECs in 1995, the realization of a relatively clean testbed for simulating some of these phenomenon became a reality. My PhD research has been an exploration of the production and use of Bose-Einstein Condensates for the study of superfluidity. The first 3 years have been spent in the actual building of a Na BEC apparatus. During this time, we’ve implemented a distinct technique to trap ultra cold Na atoms, i.e. the Optically Plugged Trap. In the process, we have shown how atoms in a linear trap can show spin metastability and thus maintain a nonequilibrium state for long periods of time. In studying the interaction of ultra-cold atoms with light, we have developed a technique to measure the velocity distribution of atoms using a standing optical wave (Bragg Spectroscopy). Alongside this, we have also created optical traps for atoms in which we can change to shape of the trap itself to probe different condensed matter systems. The eventual goal being the investigation of condensed matter physics, specifically superfluidity, using ultra-cold atoms.

Στη γραμμική εκδοχή της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, θεωρεί κανείς τις διαταραχές κάποιας μετρικής γύρω από κάποιο χωροχρονικό υπόβαθρο. Κρατώντας όρους διαταραχών μέχρι και πρώτης τάξεως, οδηγείται κανείς στις γραμμικές εξισώσεις Einstein. Σε αυτό το πλαίσιο αποδεικνύεται μια σχέση δυισμού ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία του τανυστή Weyl, αντίστοιχη με το δυισμό ανάμεσα στην ηλεκτρική και τη μαγνητική ροή της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell. Στην εργασία αυτή κάνουμε μία ανασκόπηση της έρευνας που έχει γίνει μέχρι τώρα αναφορικά με αυτές τις σχέσεις δυισμού. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζουμε την ισχύ των σχέσεων στον Anti-de Sitter χωρόχρονο και επισημαίνουμε το τρόπο με τον οποίο κατασκευάζει κανείς δυικές δομές από τις εκφράσεις για τις διαταραχές. Επίσης, χρησιμοποιώντας τη τεχνική της ολογραφικής επανακανονικοποίησης, εξετάζουμε το σύμμορφο σύνορο του χωροχρόνου. Βρίσκουμε εκεί μια σχέση δυισμού ανάμεσα στα στοιχεία του τανυστή ενέργειας-ορμής και του τανυστή Cotton της αντίστοιχης Chern - Simons θεωρίας, η οποία αποδεικνύεται ότι είναι άμεση συνέπεια του δυισμού στο AdS υπόβαθρο. Τέλος, εφαρμόζουμε την ίδια συλλογιστική στο Schwarzschild - Anti-de Sitter υπόβαθρο, όπου η παρουσία της μελανής οπής διαφοροποιεί τις συνοριακές συνθήκες του προβλήματος. Λόγω αυτού του γεγονός δεν μπορεί να πει κανείς με σιγουριά εάν μπορούν να διατυπωθούν σχέσεις δυισμού σε αυτή τη περίπτωση. Παρόλα αυτά βρίσκουμε ότι ισχύουν σχέσεις δυισμού στο σύμμορφο σύνορο παρόμοιες με αυτές του AdS υποβάθρου, πράγμα που σημαίνει ότι στο σύστημα παραμένει κάποια συμμετρία από τη γραμμική θεωρία. Η εργασία καταλήγει σε σχόλια και μία εκτενή συζήτηση για τις πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις. / In the linear version of the general theory of relativity, one considers metric perturbations around a fixed background. Keeping terms up to first order of perturbation leads to the linearized Einstein equations. In this framework it has been proved that a duality between the various elements of the Weyl tensor holds. This duality is similar to the one between the electric and magnetic fluxes of Maxwell's electromagnetism. In the present work we review the status of these dualities for non trivial backgrounds. We examine the Anti-de Sitter background, where we point out the way to explicitly construct dual configurations using the metric perturbation expressions. Using the holographic renormalization technique, we examine the conformal boundary where a duality between the components of the energy-momentum tensor and the Cotton tensor of the corresponding Chern - Simons theory holds. It is then proved that this duality is a direct consequence of the electric/magnetic duality in the bulk, in the case of the AdS background. Finally, we apply same procedure to the Schwarzschild - Anti-de Sitter background, where the presence of the black hole changes the boundary conditions of the problem. This simple fact makes it impossible say whether such a duality exists in this case. Nevertheless, we find that a duality similar to that of the AdS background still holds for the conformal boundary, which means that there is a remnant of symmetry from the linear theory. We conclude with comments and a extensive discussion on possible future directions.

Μια πολλαπλότητα Riemann (M, g) ονομάζεται Einstein αν έχει σταθερή καμπυλότητα Ricci. Είναι γνωστό ότι αν (M=G/K, g) είναι μια συμπαγής ομογενής πολλαπλότητα Riemann, τότε οι G-αναλλοίωτες μετρικές Einstein μοναδιαίου όγκου, είναι τα κρίσιμα σημεία του συναρτησοειδούς ολικής βαθμωτής καμπυλότητας περιορισμένο στο χώρο των G-αναλλοίωτων μετρικών με όγκο 1. Για μια G-αναλλοίωτη μετρική Riemann η εξίσωση Einstein ανάγεται σε ένα σύστημα αλγεβρικών εξισώσεων. Οι θετικές πραγματικές λύσεις του συστήματος αυτού είναι ακριβώς οι G-αναλλοίωτες μετρικές Einstein που δέχεται η πολλαπλότητα Μ. Μια σημαντική οικογένεια συμπαγών ομογενών χώρων αποτελείται από τις γενικευμένες πολλαπλότητες σημαιών. Κάθε τέτοιος χώρος είναι μια τροχιά της συζυγούς αναπαράστασης μιας συμπαγούς, συνεκτικής, ημι-απλής ομάδας Lie G. Πρόκειται για ομογενείς πολλαπλότητες της μορφής G/C(S), όπου C(S) είναι ο κεντροποιητής ενός δακτυλίου S στην G. Κάθε τέτοιος χώρος δέχεται ένα πεπερασμένο πλήθος από G-αναλλοίωτες μετρικές Kahler-EInstein. Στην παρούσα διατριβή ταξινομούμε όλες τις πολλαπλότητες σημαιών G/K που αντιστοιχούν σε μια απλή ομάδα Lie G, των οποίων η ισοτροπική αναπαράσταση διασπάται σε 2 ή 4 μη αναγώγιμους και μη ισοδύναμους Ad(K)-αναλλοίωτους προσθετέους. Για κάθε τέτοιο χώρο λύνουμε την αναλλοίωτη εξίσωση Εinstein, και παρουσιάζουμε την αναλυτική μορφή νέων G-αναλλοίωτων μετρικών Einstein. Στις περισσότερες περιπτώσεις παρουσιάζουμε την πλήρη ταξινόμηση των αναλλοίωτων μετρικών Einstein. Επίσης εξετάζουμε το ισομετρικό πρόβλημα. Για την κατασκευή της εξίσωσης Einstein σε κάποιες πολλαπλότητες σημαιών με 4 ισοτροπικούς προσθετέους χρησιμοποιούμε την νηματοποίηση συστροφής που δέχεται κάθε πολλαπλότητα σημαιών επί ενός ισοτροπικά μη αναγώγιμου συμμετρικού χώρου συμπαγούς τύπου. Αυτή η μέθοδος είναι καινούργια και μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες πολλαπλότητες σημαιών. / A Riemannian manifold (M, g) is called Einstein, if it has constant Ricci curvature. It is well known that if (M=G/K, g) is a compact homogeneous Riemannian manifold, then the G-invariant \tl{Einstein} metrics of unit volume, are the critical points of the scalar curvature function restricted to the space of all G-invariant metrics with volume 1. For a G-invariant Riemannian metric the Einstein equation reduces to a system of algebraic equations. The positive real solutions of this system are the $G$-invariant Einstein metrics on M. An important family of compact homogeneous spaces consists of the generalized flag manifolds. These are adjoint orbits of a compact semisimple Lie group. Flag manifolds of a compact connected semisimple Lie group exhaust all compact and simply connected homogeneous Kahler manifolds and are of the form G/C(S), where C(S) is the centralizer (in G) of a torus S in G. Such homogeneous spaces admit a finite number of G-invariant complex structures, and for any such complex structure there is a unique compatible G-invariant Kahler-Einstein metric. In this thesis we classify all flag manifolds M=G/K of a compact simple Lie group G, whose isotropy representation decomposes into 2 or 4, isotropy summands. For these spaces we solve the (homogeneous) Einstein equation, and we obtain the explicit form of new G-invariant Einstein metrics. For most cases we give the classification of homogeneous Einstein metrics. We also examine the isometric problem. For the construction of the Einstein equation on certain flag manifolds with four isotropy summands, we apply for first time the twistor fibration of a flag manifold over an isotropy irreducible symmetric space of compact type. This method is new and it can be used also for other flag manifolds. For flag manifolds with two isotropy summands, we use the restricted Hessian and we characterize the new Einstein metrics as local minimum points of the scalar curvature function restricted to the space of G-invariant Riemannian metrics of volume 1. We mention that the classification of flag manifolds with two isotropy summands gives us new examples of homogeneous spaces, for which the motion of a charged particle under the electromagnetic field, and the geodesics curves, are completely determined.

No description available.