Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2016-05-02T10:49:21Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1791577 bytes, checksum: ecd7a6eb8a18230d0145c24932d9e248 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-02T10:49:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1791577 bytes, checksum: ecd7a6eb8a18230d0145c24932d9e248 (MD5) Previous issue date: 2015-08-03 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The Hanbury Brown-Twiss experiment is very well established in quantum optics literature, so we devoted this dissertation in order to embed the parity and temporal reversal symmetry in the former experiment. Therefore, we developed the scattering matrix formalism which allow us use some techniques such as the scattering matrices' concatenation of di erent sections in terms of one matrix and the scattering problem of a parity and temporal reverse symmetric system. In this manner, we could derive the scattering matrix of a parity and temporal reverse symmetric Hanbury Brown- Twiss experiment(HBT-PT). With the possession of this matrix, we proposed a theoretical model which provides how to measure the symmetry of this system, which we called correlation functions formalism. In order to stablish the former formalism, we studied B uttiker formalism, which we veri ed how the correlation between 2 incident particles in a system relates to the noise due transport of this particles and what kind of noise we are treating in a given regime which the system is operating. Then, we found the input states in terms of the output states of two particles inciding in a multiterminal system, which we used it's scattering matrix to stablish the relation between the states. Thereat, we derived all the possibles correlations(therefore, the noise) of two incident particles in the former system. Thereby, we analysed the extreme cases of a barrier coupled to the HBT-PT experiment for the purpose of stablish which regime the experiment is symmetric adjusted, so, demonstrating the Hanbury Brown-Twiss E ect with parity and temporal reverse symmetries. / Sendo o experimento Hanbury Brown-Twiss bem estabelecido na literatura da otica quântica, dedicamos esta dissertação a embutir no mesmo experimento a questão da simetria por paridade e reversão temporal. Para tanto, abrimos mão do formalismo da matriz de espalhamento que permitiu nos utilizar tecnicas como a concatenação de matrizes de espalhamento de sec ções diferentes em termos de apenas uma matriz e o problema do espalhamento em um sistema simétrico por paridade e reversão temporal. Dessa forma, pudemos derivar a matriz de espalhamento para o experimento Hanbury Brown-Twiss com simetria de paridade e revers~ao temporal(HBT-PT). De posse dessa matriz, propusemos um modelo teórico que propicia a medição experimental a simetria desse sistema, o qual chamamos de formalismo das fun c~oes de correla c~ao. Para estabelecermos o formalismo supracitado, estudamos o formalismo de Buttiker, onde veri case como a correlaçãao entre 2 partículas incidentes em um sistema relaciona-se com o ru do devido ao transporte dessas part culas e que tipo de ru do estamos tratando, dado o regime em que o sistema está operando. Em seguida, encontramos os estados de entrada em termos dos estados de saída de 2 partículas incidindo em um sistema multiterminal, onde utilizamos a sua matriz de espalhamento para estabelecer a rela c~ao entre os estados. Com isso, derivamos todas as possíveis correlações (e, por conseguinte, o ruído) de 2 partículas incidentes nesse sistema. Assim, analisamos os casos extremos de uma barreira acoplada ao experimento HBT-PT, a m de estabelecer o regime em que o experimento está simetricamente ajustado e demonstramos o Efeito Hanbury Brown-Twiss por paridade e reversão temporal.

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Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du bruit quantique électronique d'un système mésoscopique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés au bruit de partition d'un conducteur unidimensionnel balistique : un contact ponctuel quantique (QPC). Nous avons montré que, lorsque l'un des contacts du QPC est modulé par une onde radio-fréquence, il apparaît un bruit de partition en l'absence de courant moyen à travers le conducteur. Nous avons ainsi validé la théorie de la diffusion appliquée au bruit photo-assisté, d'une part en mesurant le facteur de Fano en l'absence de tension appliquée au QPC, et d'autre part en mesurant le bruit en présence d'une tension continue et d'une irradiation micro-onde. Dans une seconde partie, nous avons testé le système de mesure d'une nouvelle expérience qui, à terme, permettra de mesurer le bruit à haute fréquence d'un conducteur mésoscopique, ainsi que la statistique des photons qu'il émet dans le circuit de mesure. Le test a consisté à réaliser des expériences de type Hanbury-Brown et Twiss (interférométrie d'intensité) avec deux types de sources de photons micro-ondes. D'abord, nous avons utilisé une source thermique incohérente (résistance macroscopique de 50 Ohms) qui présente une statistique super-poissonnienne : les fluctuations de puissance sont proportionnelles au carré de la puissance moyenne émise par la source. Puis nous avons mis en évidence la statistique poissonnienne d'une source classique monochromatique, et nous avons montré que le facteur de Fano géant mesuré est parfaitement expliqué par le bruit des chaînes d'amplification.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du bruit quantique électronique d'un système mésoscopique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés au bruit de partition haute fréquence d'un conducteur unidimensionnel balistique : un contact ponctuel quantique (QPC). Nous avons mesuré, via la puissance de bruit transmise dans notre circuit de détection, la densité spectrale de bruit à fréquence f, où f varie entre 4 et 8GHz, en fonction de la tension de polarisation V appliquée au QPC. Nous avons mis en évidence sa singularité en V = hf=e. Nous avons également étudié sa dépendance en fonction de la transmission du QPC, et avons ainsi éprouvé, en limitant le nombre de paramètres ajustables, la théorie de la diffusion appliquée au bruit haute fréquence d'un conducteur sans interactions. Dans une seconde partie, nous avons réalisé une expérience de type Hanbury-Brown et Twiss (interf érométrie d'intensité) permettant de sonder la statistique des photons émis, dans le circuit de mesure, par le bruit de grenaille d'une jonction tunnel de faible résistance. Nous avons montré que les uctuations de courant de ce conducteur à grand nombre de canaux de conduction, produisent un rayonnement chaotique : la statistique de la population de photons de fréquence f est superpoissonnienne, ce qui se traduit par des uctuations de puissance proportionnelles au carré de la puissance moyenne émise par la source. A terme, le montage expérimental est destiné à l'étude du rayonnement émis par le bruit de grenaille d'un QPC, qui pourrait, selon de récentes prédictions théoriques, être de nature non classique (statistique sous-poissonnienne).

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Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du transport dynamique cohérent dans des conducteurs mésoscopiques. Nous avons mis en oeuvre un dispositif expérimental permettant de mesurer pour la première fois l'admittance complexe de circuits quantiques à très basse température (30 mK) dans la gamme de fréquence 1-2 GHz avec une résolution en phase inférieure au degré. Nous avons alors répondu expérimentalement aux travaux théoriques de A. Prêtre, H. Thomas et M. Büttiker concernant le transport dynamique cohérent<br />à travers un circuit RC mésoscopique quantique. Nous avons confirmé que la résistance de relaxation de charge d'un tel circuit est constante et égale au demi quantum de résistance h/2e^2. Cette étude a été suivie de la mesure de l'admittance d'un contact ponctuel quantique (CPQ) où nous avons mis en évidence un effet inductif des barres de Hall reliant le CPQ aux<br />contacts ohmiques et mesuré une inductance cinétique quantifiée. Une dernière partie de ce travail de thèse concerne la caractérisation de la statistique de photons émis par un conducteur à l'équilibre thermique. Nous avons démontré qu'il est possible, à l'aide d'une expérience de type Hanbury-Brown & Twiss sur des photons GHz, d'étudier la statistique quantique<br />des photons émis par un conducteur quantique.

The International Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) is designed to demonstrate the currently untested technique of ionization cooling. Theoretically, this process can condition the high quality muon beams required to build a neutrino factory or muon collider which will be the next generation of machines for the study of Particle Physics. The beam line to transport muons into the MICE cooling channel lattice cell was installed in December 2009. Step I of the experimental programme, whose goal was to demonstrate that the beam line can generate beams similar to those expected in a neutrino factory cooling channel, was completed in August 2010. Methods were developed to use time difference measurements in the MICE time of flight counters (TOFs) to obtain a transverse spatial resolution of approximately 10 mm and to track muons through the focusing elements of the beam line, thus allowing the trace space vectors of individual muons to be reconstructed and their integrated path length to be calculated. The TOFs were used to make an absolute measurement of the momentum of muons with zero bias and a systematic error of less than 3 MeV/c. The measured trace space vectors of single muons were used to estimate the emittances and approximate optical parameters of eighteen muon beams. The results of beam line simulations were compared with the measurements and, once the effects of experimental resolution had had been included, found to be in good agreement. A sample of individual muons whose phase space vectors had been measured was injected into a simulation of the full MICE cooling channel; the beam was found to be suitable for demonstrating muon cooling, although some fine tuning of the cooling channel optics will eventually be required.

Un conducteur quantique est bien caractérisé par sa conductance donnée par la formule de Landauer. Mais le bruit contient davantage d'informations que la conductance : il mesure les fluctuations temporelles du courant autour de sa valeur moyenne. De plus, le signe des corrélations de bruit est lié à la statistique des porteurs de charge. Dans une jonction entre un métal normal et un supraconducteur, le bruit présente une singularité à la fréquence Josephson, signature de la charge 2e des paires de Cooper impliquées dans le transport. Lorsque la tension appliquée est supérieure au gap du supraconducteur, la courbe du bruit exhibe des singularités à plusieurs fréquences auxquelles on peut associer un processus de réflexion ou de transmission. L'analogue fermionique de l'expérience d'Hanbury-Brown et Twiss avec un supraconducteur permet d'observer à la fois des corrélations positives et négatives dans un même système. Maintenir une différence de potentiel entre les deux extrémités d'un fil crée une situation relevant de la thermodynamique hors de l'équilibre. Formellement, on peut se ramener à un calcul à l'équilibre et écrire une théorie des perturbations grâce à la méthode de Keldysh. La théorie des liquides de Luttinger décrit les systèmes unidimensionnels d'électrons en interaction. Le Hamiltonien peut se mettre sous forme quadratique grâce à la bosonisation. D'autre part, un liquide de Luttinger chiral constitue un bon modèle des états de bord de l'effet Hall quantique fractionnaire. Grâce au formalisme de Keldysh, on peut retrouver une formule de type Schottky et identifier la charge des quasiparticules de Laughlin.

Dans ce mémoire, nous présentons les études réalisées pour permettre l'observation de paires d'atomes corrélés produites lors de la collision de deux condensats de Bose-Einstein d'hélium métastable. Un système basé sur l'utilisation de trois faisceaux laser permet la réalisation d'un transfert Raman qui extrait d'un piège magnétique et sépare en deux parties d'impulsions moyennes opposées le condensat produit expérimentalement. Des processus de collisions élastiques, intervenant pendant la propagation des condensats, sont à l'origine de la diffusion de paires d'atomes dont les impulsions satisfont aux lois de conservation de l'énergie et de l'impulsion. La grande énergie interne des atomes d'hélium métastable rend possible l'utilisation d'un détecteur d'atome unique basé sur l'utilisation de galettes de microcanaux et sensible en position, donnant accès à une reconstruction tridimensionnelle des impulsions des atomes diffusés lors de la collision. L'étude de la statistique de ces impulsions permet la mise en évidence de corrélations entre les atomes diffusés, d'impulsions opposés. Le volume de corrélation mesuré peut être rapproché de l'extension de la distribution d'impulsion du condensat initial, elle même limitée par le principe d'incertitude de Heisenberg. Cette interprétation est confirmée par l'observation de corrélations entre les atomes diffusés dans une même direction. Un tel effet correspond à une manifestation de l'effet Hanbury Brown et Twiss pour des bosons indiscernables. La mise en place d'une telle source de paires d'atomes corrélés constitue un premier pas vers la réalisation d'expériences où l'intrication des paires produites pourra être confirmée.

Cette thèse détaille la mesure des corrélations d'intensité quantiques dans des gaz d'hélium métastable. La mesure s'est opérée sur des gaz thermiques bosoniques 4He et fermioniques 3He, ainsi que sur des condensats de Bose-Einstein.<br /><br />En 1956, Robert Hanbury Brown et Richard Twiss ont mesuré la corrélation entre des photons provenant d'une même source thermique. Ils avaient ainsi mis en évidence que les photons emis par une telle source arrivaient préférentiellement groupés sur le détecteur. Ce groupement charactérise les bosons provenant d'une source non-cohérente. Les fermions manifestent un anti-groupement dans les mêmes conditions.<br /><br />En utilisant des atomes d'hélium métastables, dont l'utilisation de galettes de micro-canuax facilite la détection individuelle, nous avons pu mettre en évidence un regroupement similaire des bosons 4He provenant de sources thermiques de l'ordre du microkelvin. La cohérence des condensats de Bose-Einstein n'a pas permis de dégager une corrélation particulière, comme attendue. Une mesure sur des gaz thermiques des fermions 3He a permis de mettre en évidence leur anti-groupement. Un soin particulier a été pris pour décrire le détecteur à base de galettes de microcanaux et de lignes à retard, une des clés de la réussite de la mesure.