Condensat de Bose-Einstein dans un piège anisotrope. Cohérence en phase et propriétés thermodynamiques

Abstract - Phase coherence and thermodynamical properties of a very elongated Bose-Einstein condensate.
This report describes the specific properties of atomic Bose-Einstein condensates in anisotropic traps. After a brief theoretical survey, the experimental apparatus and techniques are presented, with emphasis put on the analysis of time of flight imaging. Next, the behavior of the thermal cloud is investigated for temperatures close to the condensation threshold. A shift in the critical temperature and a reduction of the condensed fraction due to interactions are observed, in good agreement with a Hartree-Fock theory of the mixed cloud. The last part is devoted to the study of phase fluctuations in very elongated ("quasi-1D") condensates through Bragg spectroscopy of the momentum distribution. We observe a broadened Lorentzian lineshape of the momentum distribution, characteristic of strongly phase-fluctuating samples and in stark contrast with the narrow, quasi-Gaussian distribution of a truly coherent condensate. Measurements of the momentum width, along with the observation of suppressed density fluctuations when compared to a thermal-like distribution, confirm the validity of the Bogoliubov approach to describe low-dimensional quasi-condensates.

Résumé
Cet ouvrage s'intéresse aux propriétés d'un condensat de Bose-Einstein atomique dans un piège très anisotrope. Après une brève introduction théorique, nous présentons succinctement le dispositif et les techniques expérimentales qui ont permis de réaliser ces travaux, en insistant particulièrement sur l'analyse des images du nuage atomique ultrafroid après temps de vol. Nous nous intéressons ensuite au comportement du nuage thermique à des température proches de la température critique. Nous mettons en particulier en évidence un décalage de la température critique et une réduction de la fraction condensée dus aux interactions, en bon accord avec une description de type Hartree-Fock du nuage mixte. Enfin, nous consacrons un part importante de cet ouvrage à l'étude des fluctuations de phase dans un condensat très allongé ("quasi-1D"), étude basée sur la mesure de la distribution en impulsion par spectroscopie de Bragg. Nous montrons expérimentalement et théoriquement qu'en présence de fluctuations de phase importantes, la distribution en impulsion est très proche d'une lorentzienne, et notablement élargie par rapport à la distribution étroite et quasiment gaussienne attendue pour un vrai condensat. Nos mesures de la largeur en impulsion, et l'observation de fluctuations de densité fortement réduites par rapport à une distribution thermique "ordinaire", confirment ainsi la validité de l'approche de Bogoliubov pour décrire les quasi-condensats en dimensionnalité réduite.