Etude et contrôle de l’interaction de Casimir-Polder entre un atome et une surface.
L’interaction de C.P provient des fluctuations quantiques du vide qui émergent à l’échelle microscopique. Ces fluctuations donnent lieu à l’apparition spontanée de photons virtuels. L’existence de ces photons virtuels crée le dipôle instantané de l’atome qui interagit avec son image électrique en présence d’une surface. Cette interaction atome surface est appelée l’interaction de C.P et est l’interaction dominante à l’échelle nanométrique. Elle joue un rôle important dans de nombreux domaines et interfaces de la physique tels que la physique atomique, la biophysique ou la physico-chimie. Dans ce contexte, notre équipe a construit un jet lent d’atomes et étudie la diffraction atomique de ces atomes à travers un nanoréseau. Les atomes du jet passent à travers les fentes du nanoréseau et interagissent avec les barreaux via le potentiel de C.P pour des distances atome surface comprises entre 10-50 nm. Le déphase du paquet d’onde atomique induit par l’interaction de C.P modifie profondément la figure de diffraction mesurée, rendant nos mesures très sensibles aux forces de C.P. Le premier objectif de la thèse est d’augmenter la précision de notre mesure pour atteindre un accord avec la théorie de 1% (l’accord actuel est de 10%). Pour cela, plusieurs études expérimentales sont nécessaires : caractérisation de la source atomique, installation d’un piège dipolaire ou encore analyse de la figure de diffraction avec des réseaux de neurones. Le deuxième objectif de la thèse est l’utilisation d’un champ laser pour contrôler l’interaction de C.P à l’intérieur du nanoréseau.
Study and control of the Casimir-Polder interaction between an atom and a surface.
The C.P interaction originates from the quantum fluctuations of the vacuum that arise at the microscopic scale. These fluctuations lead to the spontaneous appearance of virtual photons. The existence of these virtual photons creates the instantaneous dipole of the atom, which interacts with its electric image in the presence of a surface. This atom-surface interaction is termed the C.P interaction and is the dominant interaction at the nanometric scale. It plays a vital role in various fields and interfaces in physics, such as atomic physics, biophysics, and physical chemistry. In this context, our team constructed a slow atom jet and studied the atomic diffraction of these atoms through a nano-grid. The atoms in the jet pass through the slots of the nano-grid and interact with the bars via the C.P potential over atom-surface distances ranging between 10-50 nm. The phase shift of the atomic wave packet, induced by the C.P interaction, significantly alters the measured diffraction pattern, making our measurements highly sensitive to C.P forces. The primary objective of the thesis is to enhance the accuracy of our measurement to achieve a 1% agreement with theory (the current agreement is at 10%). To achieve this, various experimental studies are required, including characterizing the atomic source, installing a dipole trap, and analyzing the diffraction pattern using neural networks. The second goal of the thesis is to use a laser field to control the C.P interaction within the nano-grid.