Cette simulation présente, de manière très simplifiée, le fonctionnement d’un piège magnéto-optique permettant de piéger et de refroidir des atomes jusqu’à des températures de quelques millikelvins. Le modèle est basé sur un ensemble de gaz non interagissant soumis aux forces de six faisceaux lumineux, dont trois paires contre-propagées. La simulation est réalisée en trois dimensions, mais seules les projections des positions et des vitesses dans le plan $xz$ sont affichées.

Boutons :

• Redémarre la simulation.
• Configure d’autres paramètres du piège : désaccordage du laser, intensité du champ magnétique, nombre d’atomes et vitesse la plus probable (qui régule la température initiale de l’échantillon), ainsi que la masse des atomes.
• Lasers : allume et éteint les faisceaux lumineux.
• Champ magnétique : active et désactive le champ magnétique généré par la paire de bobines de Helmholtz.

La force dans la direction $j$ exercée sur les atomes en raison de la paire de faisceaux dans cette direction est donnée par

$ F_j = F_j^+ + F_j^- , $

où

$ F_j^\pm = \pm \hbar k \frac{\gamma_{22}}{2} \frac{ I/I_0 }{ 1 + I/I_0 + 4(\delta \mp k v_j \mp \beta_j r_j)^2/\gamma_{22}^2 } . $

Ici, $\gamma_{22}$ est le taux de désintégration spontanée des atomes de l’état $|2\rangle$ vers l’état $|1\rangle$, $k$ est le nombre d’onde, $I$ est l’intensité du faisceau laser, $I_0$ est l’intensité de saturation de la transition $|1\rangle \to |2\rangle$, $\delta$ est le désaccordage du laser par rapport à la résonance de transition, $v_j$ est la composante de la vitesse de l’atome. Le paramètre $\beta_j$ est défini par

$ \beta_j = \frac{g\mu_B}{\hbar} \frac{\partial B_j}{\partial j}. $

Dans cette expression, $g$ est le facteur gyromagnétique, $\mu_B$ est le magnéton de Bohr et $B_j$ est la composante $j$ du champ magnétique généré par la paire de bobines de Helmholtz.

La dynamique des atomes est décrite par la deuxième loi de Newton. Afin de simuler les fluctuations aléatoires des vitesses atomiques dues aux émissions spontanées, une variable aléatoire $\varepsilon = 0{,}5\ \mathrm{m/s}$ a été ajoutée :

$ v(t) \rightarrow v(t) + \varepsilon . $

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