Contexte :

Avec l'avènement des horloges atomiques optiques, les mesures de précision ont franchi un nouvel ordre de grandeur. L'exactitude relative de fréquence atteint désormais la 18ᵉ décimale et apporte des éclairages majeurs sur de discrets phénomènes fondamentaux. Toutefois, les limites actuelles des horloges optiques « passives » traditionnelles deviennent difficiles à surmonter, et de nouveaux étalons de fréquence optique émergent. Parmi eux, la réalisation de lasers superradiants constitue une perspective particulièrement prometteuse. Ils reposent sur des atomes froids dotés d'une transition optique à très faible largeur de raie, couplés à une cavité Fabry-Perot de haute finesse. La superradiance émerge de l'interférence quantique constructive entre les différents chemins de désexcitation allant d'un état entièrement excité à N corps vers l'état fondamental. Un laser superradiant utilise directement l'émission atomique accrue au sein de la cavité comme signal ultra-stable.

Le projet :

Le prochain objectif expérimental consiste à transporter des atomes d'ytterbium vers la cavité au moyen d'un "tapis roulant optique". Une fois dans la cavité, nous effectuerons la spectroscopie à haute résolution d'un ensemble d'ytterbium ultra-froid couplé au mode unique d'une cavité Fabry-Perot de haute finesse afin d'évaluer le couplage atome-cavité. Les objectifs suivants porteront sur la première observation de la superradiance sur la transition d'horloge de l'ytterbium. Enfin, nous transporterons un second ensemble atomique à l'intérieur de la cavité et étudierons l'émergence de corrélations quantiques entre les deux ensembles.