Radio-frequency adiabatic potentials for guided atom-clock interferometry

Abstract

Trapped and guided matterwave interferometry holds the promise of a step-change in the sensitivity of measurements such as gravity or rotation. This thesis studies the proposal of a Sagnac clock-type trapped-atom interferometer based on the independent manipulation of two hyperfine spin sub-states of Rubisium 87 (Rb87) in a coherent matter-wave guide. I demonstrate the loading of a Radio-Frequency (RF) dressed Bose Einstein Condensate (BEC) in the Time Averaged Adiabatic Potential (TAAP) ring waveguide and the state-dependent transport of atomic clouds in such trap.These beam-splitters in a clock-type atom interferometer are multi-photon Microwave (MW) transitions between RF-dressed states. This thesis studies these transitions in two trapping schemes. Firstly, it explores the dressed atom MW spectrum and the sources of decoherence in the clock transition with atoms trapped in a crossed-dipole optical potential. Secondly, it expands this work to magnetically trapped atoms in adiabatic potentials. In this case, we propose and test a novel bi-chromatic RF-dressed potential with which the line-width of the clock transition can be reduced by one order of magnitude, reaching coherence times of τ~ 20ms.

Η συμβολομετρία παγιδευμένων και οδηγούμενων υλικών κυμάτων είναι ένας τομέας που προβλέπεται να επιφέρει μεγάλη πρόοδο στην ευαισθησία μετρήσεων όπως της βαρύτητας ή της περιστροφής. Σε αυτή τη διατριβή μελετάται η χρήση ενός συμβολομέτρου Sagnac παγιδευμένων ατόμων, αντίστοιχου αυτού που χρησιμοποιείται σε ατομικά ρολόγια. Το συμβολόμετρο βασίζεται στον ανεξάρτητο χειρισμό δύο διαφορετικών καταστάσεων υπέρλεπτης υφης του ατόμου του ρουβιδίου (Rb87) σε κυματοδηγό υλικών κυμάτων που δεν διαταράσσει την κβαντική συμφωνία των καταστάσεων. Στην εργασία αυτή παρουσιάζω τη μεταφορά ενός RF-ντυμένου Συμπυκνώματος Bose Einstein (BEC) σε ένα κυκλικό κυματοδηγό που δημιουργείται από Χρονικά Μεσοσταθμισμένο Αδιαβατικό Δυναμικό (Time Averaged Adiabatic Potential - TAAP), καθώς και τη μεταφορά επιλεγμένων καταστάσεων του ατομικού νέφους σε μια τέτοια παγίδα. Τέτοιοι διαχωριστές ατομικών νεφών σε ένα ατομικό συμβολόμετρο τύπου ρολογιού, είναι πολυφωτονικές μεταβάσεις που πραγματοποιούνται με μικροκυματική ακτινοβολία μεταξύ RF-ντυμένων ατομικών καταστάσεων. Στη διατριβή αυτή μελετώνται τέτοιου είδους μεταβάσεις σε δύο είδη παγίδων. Πρώτον, σε ένα οπτικό διπολικό δυναμικό διασταυρούμενων δεσμών διερευνάται το μικροκυματικό φάσμα των RF-ντυμένων ατομικών καταστάσεων καθώς και οι πηγές που διαταράσσουν τη συμφωνία στη μετάβαση που χρησιμοποιείται σε ατομικά ρολόγια. Δεύτερον, η μελέτη επεκτείνεται σε μαγνητικά αδιαβατικά δυναμικά παγίδευσης ατόμων. Σε αυτή την περίπτωση, προτείνεται και αξιολογείται ένα πρωτότυπο διχρωματικό RF-ντυμένο δυναμικό, με το οποίο το εύρος της γραμμής μετάβασης ρολογιού μπορεί να μειωθεί κατά μία τάξη μεγέθους, πετυχαίνοντας χρόνους συμφωνίας τ~20ms.