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Le développement des techniques de manipulation d’atomes par des champs électromagnétiques permet d’obtenir des gaz à très basse température dans le régime quantique. Cet axe s’intéresse à l’étude théorique et expérimentale des gaz quantiques de fermions et de bosons.

Le développement spectaculaire des techniques de manipulation et de refroidissement d’atomes par des champs électromagnétiques a conduit à l’émergence d’une nouvelle thématique, les gaz quantiques. Dans ces assemblées d’atomes, le comportement collectif des particules est très différent de celui prédit par la physique classique. Pour atteindre ce régime, il faut que la longueur d’onde de De Broglie, qui caractérise la taille d’un paquet d’ondes atomiques, soit supérieure à la distance moyenne entre particules. De plus, la nature statistique des particules, bosonique ou fermionique, conduit à des comportements radicalement différents pour ces gaz quantiques. Les bosons subissent à basse température un phénomène de condensation de Bose-Einstein : une fraction macroscopique des atomes s’accumule dans le même état quantique, ce qui confère au système des propriétés de cohérence exceptionnelles. Les fermions suivent le principe de Pauli, qui interdit de placer plus d’une particule dans un état quantique donné, et ont donc un comportement radicalement différent. Une idée directrice de nos recherches, à la fois expérimentales et théoriques, consiste à utiliser ces gaz quantiques aux propriétés bien contrôlées pour simuler des situations inspirées de la physique de la matière condensée et encore mal comprises.

Équipes de Recherche

Gaz de Fermi ultrafroids

L’équipe Gaz de Fermi ultrafroids manipule des gaz de fermions, notamment dans le régime unitaire, pour déterminer les propriétés thermodynamiques de ces gaz. Elle s’intéresse aussi à la superfluidité des mélanges bosons/fermions et aux mélanges fermions/fermions.

Condensats de Bose-Einstein

L’équipe Condensats de Bose-Einstein étudie les différentes phases accessibles pour les gaz quantiques lorsque l’on prend en compte, par exemple, la dimensionnalité du système, le rôle d’éventuelles composantes de spins différentes, les effets de magnétisme orbital ou de spin.

Microcircuits à atomes

L’équipe Microcircuits à atomes utilise des systèmes miniaturisés, puces atomiques et cavités optiques, pour manipuler des condensats de Bose-Einstein. Ces méthodes sont appliquées à des expériences d’électrodynamique quantique en cavité ou de métrologie.

Systèmes quantiques complexes

L’équipe Systèmes quantiques complexes s’intéresse aux propriétés de transport et de localisation dans des systèmes désordonnés et/ou chaotiques, dans le régime où les effets d’interférences sont importants. Cela couvre la propagation d’ondes lumineuses dans des systèmes atomiques froids mais aussi la propagation d’ondes de matière dans des potentiels désordonnés.

Membres Permanents

Gaz de Fermi ultra-froids

Permanents : Yvan Castin, Frédéric Chevy, Christine Guerlin, Christophe Salomon, Félix Werner, Tarik Yefsah

Condensats de Bose-Einstein

Permanents : Jérôme Beugnon, Claude Cohen-Tannoudji, Jean Dalibard, Fabrice Gerbier, Michèle Leduc, Sylvain Nascimbene

Microcircuits à atomes

Permanents : Jean Hare, Romain Long, Jakob Reichel, Alice Sinatra

Systèmes quantiques complexes

Permanents : Nicolas Cherroret, Dominique Delande