Les capteurs radiofréquence (RF) à atomes de Rydberg s’auto-étalonnent en ce sens où le champ RF est déterminé par mesure relativement à la structure de l’atome, la constante de Planck étant une valeur fixe. Il est important, pour augmenter l’exactitude des capteurs RF à atomes de Rydberg, d’améliorer notre connaissance de la structure atomique du césium (Cs). En effet, nous nous intéressons à la spectroscopie de précision des niveaux de Rydberg du Cs pour améliorer encore davantage l’exactitude des moments dipolaires de transition entre les états de Rydberg du Cs. Il est intéressant de remarquer que ces mesures peuvent aussi avoir une incidence sur l’emploi d’atomes pour réaliser des tests d’une sensibilité au-delà du modèle standard dans les domaines quantiques de l’électrodynamique et de la physique. Ces travaux sont motivés par un rare mélange de curiosité et de possibilités d’application.

Diagramme qui montre une ligne de raie étroite.
Fig. 1 : Exemple des formes étroites des raies de Rydberg observées dans nos mesures. Ces formes de raies, associées à un contrôle étroit des champs électriques et magnétiques de basse fréquence, nous permettent d’obtenir une exactitude absolue de la position des raies inférieure à 1 kHz.
1 u.a. = unités arbitraires
 
Photo infrarouge montrant l’équipement de laboratoire.
Fig. 2 : Piège magnéto-optique de césium utilisé pour les mesures, photographié avec une caméra infrarouge.

Grâce aux avancées technologiques modernes, il est maintenant possible de faire des mesures de la structure atomique avec une exactitude et une précision sans précédent. Les techniques de refroidissement et de piégeage d’atomes par laser dans le domaine de la spectroscopie sans effet Doppler et les peignes de fréquences pour mesurer des fréquences absolues sont des outils qui n’existaient pas jusqu’à tout récemment, mais qui permettent de réaliser des mesures des structures atomiques pouvant aller bien au-delà de ce qui était possible auparavant. On peut maintenant obtenir une exactitude absolue inférieure à 1 kHz.

Dans notre laboratoire, nous utilisons un piège magnéto-optique (figure 2) pour refroidir et piéger les atomes de césium. La technique consiste à exciter les atomes de césium dans les états de Rydberg dans un environnement exempt de champs électriques et magnétiques de basse fréquence. La spectroscopie de temps de vol est employée pour détecter les atomes de Rydberg, qui sont ionisés et projetés un à la fois sur un détecteur sensible à la charge. Les lasers d’excitation sont verrouillés pour générer un peigne de fréquences, lequel permet de déterminer la fréquence des lasers avec une très grande précision. Le montage expérimental nous permet de mesurer, par rapport à l’état fondamental de l’atome de césium utilisé comme référence, les niveaux de Rydberg avec une très faible erreur absolue.

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