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

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

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.

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.

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Brett D. DePaola / Many people in the science community are interested in the prospect of cold molecules for such applications as quantum computing and molecular Bose-Einstein condensates. Current methods of production fall short of the requirements for such projects. Photo association is a promising technique for forming cold molecules, but is currently facing significant obstacles. By understanding the photo association process and utilizing higher excited states, it is hoped that cold molecules can be formed from more easily produced cold atoms. Photo associative Ionization (PAI) is presented as a means to study excited state molecular dynamics at large internuclear separation, including photo association. This thesis presents a number of techniques for studying PAI in cold rubidium and a number of results obtained with the techniques. Excitation pathways for the process are explored in both narrow linewidth (MHz) and ultrafast (fs), large bandwidth (20 nm) domains.