position des atomes Principe de l’expérience de mesure de la vitesse de recul Notre interféromètre atomique utilise la technique de Ramsey, développée à l’origine dans le domaine des radiofréquences, et qui permet d’obtenir une très grande sensibilité. Une première impulsion Raman entre deux niveaux hyperfins différents de l’atome de rubidium (flèches rouges et bleues sur la figure E2a) sépare le nuage d’atomes froids en deux paquets d’ondes atomiques de vitesses différentes. Elle est suivie d’une deuxième impulsion après laquelle les deux paquets ont même vitesse mais sont distants l’un de l’autre. À la sortie de l’interféromètre, une deuxième paire d’impulsions Raman est appliquée qui superpose à nouveau spatialement les deux paquets d’onde en refermant donc l’interféromètre à atomes. Entre les deux paires d’impulsions, c’est-à-dire pendant son trajet dans l’interféromètre, chaque paquet est accéléré. Cette accélération est effectuée par une série de transitions Raman représentées par des flèches orange, transférant chacune deux fois la vitesse de recul υ r aux atomes. Les deux sorties de l’interféromètre correspondent aux deux états internes de l’atome (F = 1 et F = 2). On mesure la proportion relative d’atomes dans un état en fonction de la différence de fréquence d sel – d mes entre les impulsions utilisées pour la sélection et celles utilisées pour la mesure. Lorsque cette différence de fréquence compense l’effet Doppler induit par l’accélération, la différence de phase entre les deux chemins est nulle et on observe la frange centrale (fig. E2c). 8 Reflets de la Physique n°59 dynamique quantique, fait intervenir un développement en puissances de a. La somme des termes en a 5 a été calculée pour la première fois en 2012 : elle fait intervenir pas moins de 12672 intégrales et contribue à hauteur d’environ 10 -9 à l’anomalie ae. À ce niveau, elle est comparable à d’autres corrections qui ne sont pas d’origine électronique : celle due aux forces électrofaibles, ainsi que les corrections radiatives liées aux autres leptons (principalement les muons) et aux hadrons. Afin de pouvoir tester la valeur prédite de a e avec une précision donnée, il est nécessaire de connaître la valeur de la constante de structure fine α avec cette même précision. Une bonne méthode pour déterminer directement α consiste à s’appuyer sur la relation (1) de la page 4. Comme c a une valeur fixée et que R ∞ est connue expérimentalement avec une incertitude inférieure à 10 -11, la mesure de a peut se ramener à celle du rapport entre la constante de Planck h et la masse de l’électron me. Transitions Raman stimulées Interféromètre atomique La méthode utilisée par notre équipe Sélection 5P 3/2 5P 3/2 pour mesurer le rapport h/m e consiste à Accélération mesurer la vitesse de recul d’un atome de rubidium lorsqu’il absorbe un photon se F=2 propageant dans une direction donnée. En Mesure F=1 5S 5S 1/2 raison 1/2 F=1 Transitions Raman stimulées Interféromètre atomique de la conservation de l’impulsion Sélection et mesure Accélération totale dans le processus d’absorption, cette Sélection 5P 3/2 5P 3/2 vitesse de recul vaut : υ r = hn/mc où n est Accélération la fréquence du photon et m la masse de l’atome de rubidium. Pour un photon dans 10 ms Détection F=2 le proche infrarouge, elle vaut environ et analyse de franges Mesure F=1 5S 5S 1/2 1/2 6 mm/s. F=1 On déduit de cette mesure le temps 0,40 Sélection et mesure Accélération rapport h/m. Sachant que les méthodes de comparaison de masses dans des pièges o a 0,30 cyclotrons permettent de connaître les rapports 0,20 de masses atomiques et le rapport 10 ms Transitions Raman stimulées Détection me/m avec une précision meilleure que et analyse de franges 10 -10 100 Hz 0,10, on comprend que cette méthode temps 5P 3/2 5P 3/2 0,40 donne accès à δ sel une − δdétermination mes de a avec q ‘,. un niveau de précision de l’ordre de 10 -10. 0,30 S) j.> ce, e)f, (1, 0 e", ? - J) Le principe de la mesure de la vitesse de F=2 çi,C,% il F=1 5S 0,20 4à 5S 1/2 é ‘,) il 1/2 F=1 recul, décrit dans l’encadré 3, est le suivant : on transfère à un nuage d’atomes de 100 Hz Sélection et mesure Accélération 0,10 δ rubidium, refroidi par laser à quelques sel − δ mes microkelvins, un grand nombre de fois la b c vitesse de recul υ r et on mesure le changement de vitesse subi par les atomes. Pour Détection E2. Mesure par et interférométrie analyse de franges atomique de la vitesse de recul d’atomes de rubidium soumis réaliser ces deux tâches, on utilise un outil à des impulsions 0,40 Raman.commun : les transitions Raman dans lesquelles l’atome absorbe et émet simultané (a) Déplacement des deux paquets d’ondes en fonction du temps. (b) Transitions Raman stimulées. 0,30 ment un photon, à partir d’un des deux (c) Observation de la frange centrale. niveaux hyperfins (F = 1 et F = 2) de son proportion d’atomes dans F = 1 0,20 0,10 position des atomes 100 Hz δ sel − δ mes proportion d’atomes dans F = 1 encadré 3 proportion d’atomes dans F = 1 » > |