Apresentamos neste trabalho a primeira aplicação da formulação multicanal de Schwinger para colisões inelásticas de elétrons de baixa energia com um alvo poliatômico com geometria não linear. Seções de choque elásticas e de excitação do estado mais baixo 8T2 do CH4 são obtidas para energias de colisão de 12, 15, 20 e 30eV. Para a energia de impacto de 20eV, calculamos também seções de choque de excitação do estado singleto 1T2. As seções de choque elásticas concordam de forma bastante razoável com os dados experimentais disponíveis. Para o caso inelástico, discutimos uma possível comparação entre nossos resultados e dados experimentais obtidos por espectroscopia de perda deenergia, os quais não são resolvidos eletrônicamente.

Neste trabalho elaboramos estudos teóricos sobre colisões frias mediadas por fótons em armadilhas magnéto-ópticas. Para isto implementamos algorítimos numéricos de alto desempenho para o cálculo das formas de linha do espectro de fotoassociação do 88Sr. O principal algorítimo utilizado foi o de Numerov renormalizado. Também foram implementados sistemas de construção dos elementos da matriz hamiltoniana para estudos de colisões atômicas levando em consideração a estrutura fina dos potenciais de interação. Por último introduzimos o método de Monte Carlo de Integrais sobre Trajetórias como ferramenta para o estudo da termodinâmica do condensado de Bose-Einstein em armadilhas 2D considerando a interação entre os átomos / In this work we present theoretical studies of cold collisions mediated by photons in magneto-optical traps. We have implemented high-performance numerical algorithms to calculate the photoassociation spectral line shapes of 88Sr. We have mainly utilized the renormalized Numerov algorithm. We have also implemented schemes to write down the Hamiltonian matrix elements to study atomic collisions taking into account the fine structure of the interaction potentials. Finally, we have introduced the Path Integral Monte Carlo method as a tool for studying the thermodynamics of the Bose-Einstein condensate in two-dimensional traps, considering the binary atomic interactions

O principal objetivo deste trabalho e investigar teoricamente a variação de uma possível distribuição espacial para átomos de sódio confinados em uma armadilha magneto-ótica, quando os feixes laser aprisionantes nas direções x e y acham-se desalinhados formando um caminho fechado. Utilizamos um tratamento bastante simplificado, baseado em simulação numérica, no qual estes átomos são considerados como sistemas de dois níveis, observando estruturas em forma de anéis sem a necessidade de levar em conta efeitos coletivos. Este fato confirma os resultados experimentais obtidos por nosso grupo, onde os raios destas estruturas são independentes do número de átomos aprisionados. As simulações mostram efeitos de desbalanço de intensidade, falta de paralelismo e outros na distribuição em anel formada pelos átomos. / The main objective of this work is to investigate theoretically the variations in a possible spatial distribution for sodium atoms confined in a magneto-optical trap when the laser beams in the x and y directions are misaligned in a closed-path configuration. We employ a simplified approach, based on numerical simulation, in which these atoms are considered as two-level systems, predicting the existence of ring-shaped structures without the necessity of taking into account collective effects. This fact confirms the experimental results obtained by our group, where the radii of these structures are independent of the number of trapped atoms. These simulations also exhibit effects due to intensity imbalance and lack of parallelism of the trapping beams, as well as other effects, which influence the ring-shaped distributions of the atoms.

Neste trabalho resultados experimentais inéditos da taxas de perdas para o sistema Cs-K em função da intensidade do laser de aprisionamento foram obtidos. A análise dos resultados foi auxiliada pelo modelo tipo Gallagher-Pritchard que demonstrou possuir uma dependência muito forte com a velocidade de escape. Um estudo complementar ajudou na determinação dos mecanismos causadores de perdas, a catálise óptica, onde o principal resultado foi a obtenção de um resultado teórico que corresponde a observação experimental para o sistema Na-Rb, onde as perdas foram associadas a atuação do estado duplamente excitado. Compreender os mecanismos causadores de perdas pode ajudar na construção de armadilhas magneto-ópticas de grande eficiência, importantes em experimentos de medidas de propriedades atômicas. / We have investigated trap loss rate as a function of trap laser intensity for the Cs-K system. A model based on Gallagher-Pritchard type considerations, allow understand the obtained results. To correctly interpret the data, we have proposed new mechanisms, which can be proven with recent experiment in Na-Rb system.

Neste trabalho reportamos a produção da primeira armadilha magneto-ótica que confina simultaneamente duas espécies atômicas distintas: Sódio e Potássio. Para podermos realizar este aprisionamento, foi necessário vencer algumas dificuldades técnicas que justificam, inclusive, a escolha dos elementos utilizados. Nossa armadilha também foi utilizada para realizar o primeiro estudo de colisões frias entre átomos de espécies diferentes. Experimentalmente, as informações sobre essas colisões são obtidas através da medida da dinâmica de perdas da armadilha de S6dio em presença e ausência de átomos frios de Potássio. Observamos que o efeito de colisões heteronucleares e dez vezes menor do que as homonucleares. Esta diferença já era esperada devido ao menor alcance dos potenciais de interação entre átomos no caso de espécies distintas. Nossos resultados são comparados a uma teoria semi-clássica simples e se encontram em bom acordo com as previsões. Introduzimos uma nova técnica que consiste em mudar repentinamente a intensidade do laser aprisionador e observar a variação do número de átomos aprisionados. Medimos a taxa de perdas por colisão entre átomos de Potássio frios como função da intensidade do laser aprisionador. Essa técnica nos permite alcançar o regime de baixas intensidades, inclusive abaixo da intensidade de saturação, sem as limitações da técnica tradicional. Aplicamos essa técnica ao aprisionamento simultâneo e medimos a taxa de perdas por colisão do sódio na presença e ausência de potássio. Com essa medida somos capazes de estimar a seção e choque entre sódio e potássio ambos no estado fundamental / In this thesis we report the production of the first magneto-optical trap that confines simultaneously two atomic species, sodium and potassium. In order to realize this experiment we had to overcome some technical difficulties that justified our choice of these two elements. This trap was used to study cold collisions between two different species. The information about these collisions is obtained experimentally from the dynamics of the sodium trap loss process in the presence and absence of potassium atoms. We observed that the heteronuclear effect is ten times smaller than the homonuclear one. This difference is explained by the smaller range of the interaction potentials between different species. Our results are compared with the theoretical predictions of the semi-classical theory and show a good agreement with the predictions. We have introduced a new technique which consists of a sudden decrease of the laser intensity, after which we observe the temporal variation in the number of trapped atoms. We have measured the loss rate coefficient between cold potassium atoms as a function of light intensity of the trapping laser. This technique allowed us to reach the very low intensity regime, as low as 30% of the saturation intensity, without compromising the loading process. We applied this technique to the simultaneous trapping and measured the loss rate coefficient between cold sodium atoms in the presence and absence of cold potassium atoms. With this measurement we can estimate the value of the cross section between sodium and potassium in the ground state

Usando o princípio variacional de máxima entropia, deduzimos as equações de GrossPitaevskii e de Hartree-Fock-Bogoliubov que descrevem, respectivamente, os estados de equilíbrio e as excitações coletivas de uma mistura homogênea de átomos bosônicos em dois estados hiperfinos diferentes, à temperatura finita e na presença de um termo de acoplamento de Josephson interno. Para corrigir o problema da ausência de um ramo sem lacuna do espectro de energia de excitação na teoria de Hartree-Fock-Bogoliubov, mostramos como estender a aproximação de Popov para o caso de misturas de condensados. Para temperaturas abaixo da temperatura de transição do condensado, calculamos, como função da temperatura, o número de partículas em cada condensado, o espectro das excitações coletivas, a lacuna e a velocidade do som. Examinamos como a bi-estabilidade do sistema muda com a temperatura. Quando aquecemos a mistura, dependendo dos valores dos parâmetros do sistema, verificamos que a bi-estabilidade desaparece para uma temperatura menor que a temperatura de transição, ou pela instabilidade de um dos estados de equilíbrio, ou pela degenerescência dos dois estados de equilíbrio estável. / We use the principle of maximum entropy to derive the Gross-Pitaevskii and the HartreeFock-Bogoliubov equations which describe the equilibrium states and the collective excitations of a binary homogeneous mixture of bosonic atoms in two different hyperfine states, in the presence of an internal Josephson coupling, at a finite temperature. To correct the absence of a gapless excitation branch in the Hartree-Fock-Bogolibov theory, we show how to extend the Popov approximation to the case of condensate mixtures. We calculate, as function of the temperature, physical quantities such as the fraction of atoms in the condensates, the spectra of collective excitations, the gap and the speed of sound. We investigate how the bistable structure found at null temperature changes when we increase the temperature, starting at T = O. When one heat the mixture, depending on the values of the system\'s parameters, we note that the bi-stability disappears at a temperature smaller than the transition temperature, either by the instability of one of the equilibrium states or by the degeneracy of the two stable equilibrium states.

Esta tese faz parte de um programa de estabelecimento de metrologia científica de tempo e frequencia no Brasil. Com este objetivo, estamos desenvolvendo dois padrões de frequência atômicos: um feixe térmico de 133Cs bombeado opticamente, em funcionamento, e outro de átomos frios, em fase de conclusão. Para caracterizarmos o relógio de feixe, realizamos a medida de sua razão sinal ruído, do perfil de velocidade do feixe térmico e dos deslocamentos de frequências presentes neste padrão. A estabilidade de frequência de curto período medida neste relógio e de σ(τ) =(1.78x10-11) x τ-1/2 . O processo de construção de relógio de átomos frios (sistemas de vácuo, sistema de controle, cavidade e sintetizadores de microondas) é apresentado em detalhes / This work is part of the program of the establishment of time and frequency metrology in Brazil. To realize this objective we are developing two atomic frequency standards: optically pumped cesium-beam frequency standard, currently in operation, and an atomic fountain, which is in progress. The performance of the Cs beam standard was evaluated by the measurements of the signal-to-noise ratio, velocity distribution and some major frequency shifts. The measurement short-term stability is σ(τ) =(1.78x10-11) x τ-1/2 . The atomic fountain construction process (vacuum chamber, the control system, microwave cavities and synthesizers) is described in detail

Este trabalho trata das etapas de construção do primeiro relógio atômico brasileiro, de seu principio de funcionamento e de uma avaliação primária do seu desempenho. Descrevemos a montagem e os equipamentos utilizados na parte mecânica, óptica e eletrônica. Utilizando um método primário de avaliação determinamos a precisão do relógio como sendo aproximadamente 1 parte em 109 / This work is about the stages construction of the first Brazilian atornic clock, of its operation beginning and of a primary evaluation of its acting. We described the layout and the equipment used in the mechanical, optical and electronics parts. Using a primary rnethod of evaluation determined the precision of the clock as being approximately 1 part of 109

Neste trabalho reportamos a produção da primeira armadilha magneto-ótica que confina simultaneamente duas espécies atômicas distintas: Sódio e Potássio. Para podermos realizar este aprisionamento, foi necessário vencer algumas dificuldades técnicas que justificam, inclusive, a escolha dos elementos utilizados. Nossa armadilha também foi utilizada para realizar o primeiro estudo de colisões frias entre átomos de espécies diferentes. Experimentalmente, as informações sobre essas colisões são obtidas através da medida da dinâmica de perdas da armadilha de S6dio em presença e ausência de átomos frios de Potássio. Observamos que o efeito de colisões heteronucleares e dez vezes menor do que as homonucleares. Esta diferença já era esperada devido ao menor alcance dos potenciais de interação entre átomos no caso de espécies distintas. Nossos resultados são comparados a uma teoria semi-clássica simples e se encontram em bom acordo com as previsões. Introduzimos uma nova técnica que consiste em mudar repentinamente a intensidade do laser aprisionador e observar a variação do número de átomos aprisionados. Medimos a taxa de perdas por colisão entre átomos de Potássio frios como função da intensidade do laser aprisionador. Essa técnica nos permite alcançar o regime de baixas intensidades, inclusive abaixo da intensidade de saturação, sem as limitações da técnica tradicional. Aplicamos essa técnica ao aprisionamento simultâneo e medimos a taxa de perdas por colisão do sódio na presença e ausência de potássio. Com essa medida somos capazes de estimar a seção e choque entre sódio e potássio ambos no estado fundamental / In this thesis we report the production of the first magneto-optical trap that confines simultaneously two atomic species, sodium and potassium. In order to realize this experiment we had to overcome some technical difficulties that justified our choice of these two elements. This trap was used to study cold collisions between two different species. The information about these collisions is obtained experimentally from the dynamics of the sodium trap loss process in the presence and absence of potassium atoms. We observed that the heteronuclear effect is ten times smaller than the homonuclear one. This difference is explained by the smaller range of the interaction potentials between different species. Our results are compared with the theoretical predictions of the semi-classical theory and show a good agreement with the predictions. We have introduced a new technique which consists of a sudden decrease of the laser intensity, after which we observe the temporal variation in the number of trapped atoms. We have measured the loss rate coefficient between cold potassium atoms as a function of light intensity of the trapping laser. This technique allowed us to reach the very low intensity regime, as low as 30% of the saturation intensity, without compromising the loading process. We applied this technique to the simultaneous trapping and measured the loss rate coefficient between cold sodium atoms in the presence and absence of cold potassium atoms. With this measurement we can estimate the value of the cross section between sodium and potassium in the ground state

Um detector de catodo quente é construído. As características de operação foram medidas e estabelecido o ponto ótimo de operação na detecção de átomos de sódio. Uma aplicação do detector desenvolvido foi feita com experimentos de deflexão de feixe atômico por luz. Os casos para deflexão por onda caminhante e onda estacionária foram investigados. A dependência com a dessintonia entre a freqüência do laser &#969&#8747 e a freqüência da transição 3S1/2 (F=2, m=2) &#8594 3P3/2 (F=3, m=3) do átomo de sódio foi analisada para todos os casos. / A hot wire detector has been constructed. The operational characteristics were measured and the optimum operational point was established in sodium atoms detection experiment. An application of the developed detector was made with atomic beams deflections by light. The cases for running wave and standing wave were also investigated. The detuning dependence between the laser frequency &#969&#8747 and the transition frequency 3S1/2 (F=2, m=2) &#8594 3P3/2 (F=3, m=3) of the sodium atom was analyzed for all cases.