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Doctorant gravimètre quantique à atomes ultra-froids (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 7 juillet 2022

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Informations générales

Référence : UMR8630-SEBMER-002
Lieu de travail : PARIS 14
Date de publication : jeudi 16 juin 2022
Nom du responsable scientifique : Sébastien Merlet
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 3 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Notre équipe développe des capteurs inertiels (accéléromètres, gyromètres, ...) basés sur la technique de l'interférométrie atomique. Le développement de cette technologie est lié à l'utilisation d'atomes froids et de séparateurs de faisceaux laser, à savoir les transitions à deux photons et plus particulièrement les transitions Raman stimulées. Ces méthodes permettent maintenant le développement de produits commerciaux avec des applications en géophysique sur le terrain.
Nous avons développé un gravimètre à atomes froids (CAG) à la pointe de la technologie, basé sur ces techniques. Il utilise des atomes de 87Rb en chute libre, qui subissent une séquence d'impulsions Raman pilotées par des lasers verticaux contra-propageants. Le déphasage de l'interféromètre atomique est proportionnel à g, l'accélération de la gravité terrestre que nous mesurons avec une sensibilité supérieure à celle des gravimètres absolus conventionnels de pointe (5.7ng@1s) [1] et plus précisément (2ng) [2].
Des limites ont été identifiées et plusieurs améliorations seront apportées pour atteindre la gamme 10-10 à la fois en termes de précision et de stabilité.
La chambre à vide sera modifiée pour permettre l'utilisation d'un nouveau piège optique croisé avec un laser de 50W à 1.1μm. Nous profiterons de la réouverture de la chambre à vide pour installer un miroir de rétroréflexion rotatif pour les lasers Raman. Cela améliorera notre contrôle de l'alignement des lasers et permettra de
compenser l'accélération de Coriolis. Afin d'améliorer notre contrôle sur la position initiale des atomes, de nouveaux collimateurs MOT seront installés, ainsi qu'un système innovant de séparateurs de fibres pour le contrôle de la puissance de chaque faisceau MOT.
Le doctorant intégrera l'équipe et travaillera sur (i) la mise en place et l'optimisation du piège optique, (ii) la caractérisation et l'optimisation du système de réflexion et (iii) le contrôle de la position initiale du nuage.
L'objectif ultime est d'améliorer encore l'évaluation des effets de l'accélération de Coriolis et des distorsions du front d'onde en effectuant des mesures à très basse température, et avec plus d'atomes. Pour cela, il faudra d'optimiser la séquence d'évaporation, en augmentant le volume de capture du piège en utilisant des techniques de modulation. Cependant, l'utilisation d'échantillons denses d'atomes ultrafroids, éventuellement condensés selon la méthode de Bose-Einstein, au lieu d'une source plus diluée refroidie par laser, résulte de l'effet des interactions interatomiques, que nous étudierons. Le budget d'incertitude obtenu et les performances de sensibilité seront finalement testées lors de comparaisons avec des gravimètres absolus et supraconducteurs [3]. Le doctorant interagira et travaillera au SYRTE (i) avec deux chercheurs permanents, un doctorant travaillant déjà sur le gravimètre et un post-doctorant qui sera engagé et (ii) avec l'équipe h/m du LKB. En effet, le projet de doctorant fait partie d'un projet collaboratif entre le SYRTE et le LKB soutenu par l'ANR et le réseau régional SIRTEQ. régional SIRTEQ. En particulier, des interactions étroites sont prévues avec un doctorant commun à nos deux équipes, qui sera en charge de la modélisation des instruments. Cela permettra de consolider la précision qui sera obtenue dans le cadre de ce projet de thèse.
[1] P. Gillot, O. Francis, A. Landragin, F. Pereira dos Santos and S. Merlet, Stability comparison of two absolute gravimeters: optical versus atomic interferometers, Metrologia 51 (2014) L15-L17
[2] R. Karcher, A. Imanaliev, S. Merlet and F. Pereira dos Santos, Improving the accuracy of atom interferometers with ultracold atoms, New J. of Phys. 20 (2018) 113041
[3] S. Merlet, P. Gillot, B. Cheng, R. Karcher, A. Imanaliev, L. Timmen and F. Pereira dos Santos, Calibration of a superconducting gravimeter with an obsolute atom gravimeter, J. Geod 95, (2021) 62

Contexte de travail

La thèse se déroulera au laboratoire SYRTE (Systèmes de Référence Temps-Espace) à l'Observatoire de Paris dans le 14ème arrondissement, dans l'équipe Interférométrie Atomique et Capteurs Inertiels (IA&CI). Alliant recherche de très haut niveau et services scientifiques, le SYRTE se place aujourd'hui au premier rang international dans des champs disciplinaires variés : métrologie du temps et des fréquences, interférométrie atomique, systèmes de référence célestes, rotation de la Terre, histoire de l'astronomie.
L'activité de l'équipe IA&CI a pour but d'étudier les possibilités offertes par l'interférométrie atomique pour les mesures de grande précision, et notamment pour la réalisation de capteurs inertiels de très haute performance. Les interféromètres à atomes utilisent le caractère ondulatoire de la matière. Le principe de la dualité onde-corpuscule postule qu'à toute particule massive peut être associée un paquet d'onde (dite onde de de Broglie) qui peut être manipulé de façon similaire aux ondes lumineuses en optique. Par exemple, il est possible de les séparer en deux ou de les faire interférer. Nous utilisons dans nos expériences des sources d'atomes refroidis par laser, afin de disposer de temps de mesure très longs et donc d'obtenir une plus grande sensibilité, et des séparatrices basées sur des impulsions lumineuses, qui permettent une très bonne connaissance du facteur d'échelle des instruments, et donc des mesures exactes. Nos instruments trouvent des applications dans de nombreux champs disciplinaires : métrologie, physique fondamentale, navigation, géophysique.
Notre équipe est pionnière dans le développement de ces capteurs, et possède une expertise reconnue au niveau international, en particulier dans l'étude métrologique des instruments. Nous avons notamment effectué la démonstration du premier gyromètre à atomes froids, été la première équipe à participer à des campagnes de comparaison internationales de gravimètres absolus avec notre gravimètre atomique ou à démontrer le fonctionnement sans temps morts de ce type de capteurs. Nous avons établi des records de performances en termes de stabilité et d'exactitude en gyrométrie, gravimétrie ou pour des mesures de fréquence et de force à l'aide de capteurs à atomes piégés.
Nos nombreuses contributions au domaine (modèles pour l'évaluation des limites de sensibilité et d'exactitude, développement de techniques de réjection des vibrations, démonstration de nouvelles architectures de capteurs, développement de méthodes d'hybridation ...) sont aujourd'hui largement reprises par d'autres équipes. Nos travaux en gravimétrie ont fait l'objet d'un transfert industriel vers la société Muquans, qui commercialise des gravimètres à atomes froids basés sur une technologie brevetée.
La pluridisciplinarité du SYRTE se retrouve aussi dans ses compétences transverses - théorie, instrumentation, traitement et analyse de données - et dans la diversité de ses objectifs qui vont de la physique fondamentale jusqu'au transfert industriel.

Contraintes et risques

Utilisation de lasers.

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