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Um estudo das taxas de perda de átomos ocorrendo numa armadilha magneto-óptica mista foi realizado aqui. Observamos experimentalmente, pela primeira vez, a ocorrência de processos colisionais inelásticos envolvendo duas espécies atômicas distintas. Identificamos o escape radiativo como o processo dominante nas taxas de perda de átomos da armadilha de sódio, devidas às colisões desses com os átomos de rubídio aprisionados, para as dadas condições experimentais. Realizamos estudos semelhantes com uma mistura K-Rb, onde as taxas de perda de átomos da armadilha de potássio foram observadas. Procurou-se interpretar os resultados através um modelo semiclássico que teve de ser modificado por nós. Esses estudos foram importantes porque revelaram a grande influência do processo de escape radiativo nas taxas de perda. Também verificou-se que outros canais podem manifestar a sua influência e suspeitamos que isso se deva às diferenças estruturais das \"quasimoléculas\" formadas na colisão. A compreensão de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas mistas é importante para a obtenção e estudo de amostras distintas de condensados bosônicos coexistindo numa mesma região. / We report the results of the trap-Ioss collisional rates observed in a mixed species magneto-optical trapo These are the first systematic studies about the collisionalloss channels due to heteronuclear interactions between two cold atomic sampIes in aMOr. We have used two different combinations: Na-Rb and K -Rb. lt was observed that the rates are strongly affected by the radiative escape Ioss channel, especially in the Na-Rb system. We also observed that some other Ioss channels may ruIe the rates behavior depending on the combination or the experimento To understand the results a semiclassical approach was used: the Gallagher-Prichard theory. We beIieve that these studies will soon be helpful to control the interatomic collisional rates for the achievement of heteronuclear sampIes of Bose-Einstein condensates.

Neste trabalho, abordamos dois assuntos independentes e interessantes que permeiam o cotidiano dos pesquisadores da área de resfriamento e confinamento de átomos neutros. O primeiro está relacionado aos processos de perda de átomos ocorrendo em armadilhas magneto-ópticas, a partir das quais o fenômeno é observado. Mostramos que a conjunção de dois modelos tradicionais da literatura é capaz de gerar um modelo semiclássico e semi-analítico básico e robusto, capaz de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos, incluindo os mais recentes. Isto demonstra que os aspectos essenciais dos mecanismos de perda em armadilhas são, agora, bem compreendidos. O segundo assunto abordado aqui está relacionado à observação de moléculas diatômicas formadas em armadilhas magneto-ópticas. Nesse sentido, uma série de experimentos básicos foi realizada, gerando resultados e discussões que constituem uma rica fonte de informação inspirando a continuação e conclusão do trabalho iniciado aqui, cujo objetivo final é a caracterização precisa e o desenvolvimento técnicas de resfriamento e aprisionamento de moléculas diatômicas heteronucleares. / We report the results concerning to two main subjects of laser cooling and trapping community. We begin by presenting the results of modeling two-body trap loss rates as a function of the trap laser intensity. We show that one can merge two simple theories to obtain a semiclassical and semi-analytical model which is able to provide the fundamental properties observed in the experimental results found in the literature. Hence, we concluded that the essential features of the two-body trap loss rates taking place in MOTs are now well understood. On the other hand, we run a set of experiments trying to produce and detect heteronuclear diatomic ultracold molecules. Although this has not been accomplished yet, we have acquired a wide and rich amount of data that will certainly be very helpful for continuing and concluding the work here started. In the near future the photoassociation spectroscopy of ultracold heteronuclear diatomic molecules will provide valuable information to help in its manipulation.

Neste trabalho, abordamos dois assuntos independentes e interessantes que permeiam o cotidiano dos pesquisadores da área de resfriamento e confinamento de átomos neutros. O primeiro está relacionado aos processos de perda de átomos ocorrendo em armadilhas magneto-ópticas, a partir das quais o fenômeno é observado. Mostramos que a conjunção de dois modelos tradicionais da literatura é capaz de gerar um modelo semiclássico e semi-analítico básico e robusto, capaz de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos, incluindo os mais recentes. Isto demonstra que os aspectos essenciais dos mecanismos de perda em armadilhas são, agora, bem compreendidos. O segundo assunto abordado aqui está relacionado à observação de moléculas diatômicas formadas em armadilhas magneto-ópticas. Nesse sentido, uma série de experimentos básicos foi realizada, gerando resultados e discussões que constituem uma rica fonte de informação inspirando a continuação e conclusão do trabalho iniciado aqui, cujo objetivo final é a caracterização precisa e o desenvolvimento técnicas de resfriamento e aprisionamento de moléculas diatômicas heteronucleares. / We report the results concerning to two main subjects of laser cooling and trapping community. We begin by presenting the results of modeling two-body trap loss rates as a function of the trap laser intensity. We show that one can merge two simple theories to obtain a semiclassical and semi-analytical model which is able to provide the fundamental properties observed in the experimental results found in the literature. Hence, we concluded that the essential features of the two-body trap loss rates taking place in MOTs are now well understood. On the other hand, we run a set of experiments trying to produce and detect heteronuclear diatomic ultracold molecules. Although this has not been accomplished yet, we have acquired a wide and rich amount of data that will certainly be very helpful for continuing and concluding the work here started. In the near future the photoassociation spectroscopy of ultracold heteronuclear diatomic molecules will provide valuable information to help in its manipulation.

Um estudo das taxas de perda de átomos ocorrendo numa armadilha magneto-óptica mista foi realizado aqui. Observamos experimentalmente, pela primeira vez, a ocorrência de processos colisionais inelásticos envolvendo duas espécies atômicas distintas. Identificamos o escape radiativo como o processo dominante nas taxas de perda de átomos da armadilha de sódio, devidas às colisões desses com os átomos de rubídio aprisionados, para as dadas condições experimentais. Realizamos estudos semelhantes com uma mistura K-Rb, onde as taxas de perda de átomos da armadilha de potássio foram observadas. Procurou-se interpretar os resultados através um modelo semiclássico que teve de ser modificado por nós. Esses estudos foram importantes porque revelaram a grande influência do processo de escape radiativo nas taxas de perda. Também verificou-se que outros canais podem manifestar a sua influência e suspeitamos que isso se deva às diferenças estruturais das \"quasimoléculas\" formadas na colisão. A compreensão de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas mistas é importante para a obtenção e estudo de amostras distintas de condensados bosônicos coexistindo numa mesma região. / We report the results of the trap-Ioss collisional rates observed in a mixed species magneto-optical trapo These are the first systematic studies about the collisionalloss channels due to heteronuclear interactions between two cold atomic sampIes in aMOr. We have used two different combinations: Na-Rb and K -Rb. lt was observed that the rates are strongly affected by the radiative escape Ioss channel, especially in the Na-Rb system. We also observed that some other Ioss channels may ruIe the rates behavior depending on the combination or the experimento To understand the results a semiclassical approach was used: the Gallagher-Prichard theory. We beIieve that these studies will soon be helpful to control the interatomic collisional rates for the achievement of heteronuclear sampIes of Bose-Einstein condensates.

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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.