Fontaine Atomique

Résumé de la thèse: Contrôle des collisions froides du césium 133, tests de la variation de la constante de structure fine à l'aide d'une fontaine atomique double rubidium - césium.

Nous avons mis au point une méthode de mesure du déplacement de fréquence dû aux collisions entre atomes froids, c'est l'effet systématique qui limite le plus l'exactitude des fontaines à 133Cs (~1E-15 en valeur relative), on peut le mesurer au niveau de 0.5%. Ceci ouvre des perspectives d'améliorations des performances des fontaines en terme d'exactitude jusqu'à 1E-16. La fontaine à aussi obtenu une stabilité de l'ordre de 1.6E-14 à 1s. Nous avons découvert, à champ magnétique très faible (5 +/- 1 mG), des résonances de Feshbach. Nous avons aussi effectué une nouvelle mesure absolue de la transition hyperfine du 87Rb, qui est la plus précise jamais réalisée et sert maintenant de définition pour l'étalon secondaire de fréquence 87Rb. En comparant cette valeur avec celles mesurées les années précédentes, nous avons pu tester la stabilité de la constante de structure fine au niveau de 1E-15/ an. Nous avons comparé localement notre fontaine avec les autres fontaines du laboratoire, avec dans le meilleur des cas une stabilité combinée de 5E-14 à 1s. La différence de fréquence des deux horloges se moyenne comme du bruit blanc de fréquence jusqu'à 3E-16. Le bilan d'exactitude de la fontaine double à été évalué à ~7E-16 pour la partie césium et ~8E-16 pour la partie rubidium. Nous avons contribué à la réalisation de l'échelle de Temps Atomique International, par des séries de calibrations de masers à hydrogène. Une comparaison de fontaines atomiques par liaisons satellitaires a été expérimenté entre notre laboratoire et nos homologues Allemands. Cette mesure a permis de déterminer le bon accord qu'il y a entre les deux horloges.

Thesis abstract: Control of the cold collisions of 133 cesium, tests of the fine structure constant variation using a rubidium-cesium double atomic fountain.

We developed a method of measurement of the frequency shift due to the collisions between cold atoms. This is the main systematic limitation for the accuracy of the 133Cs based fountains (~1E-15 in relative frequency). Consequently, we can measure this effect near 0.5% This opens prospects for improvements of the fountains performances in term of exactitude until 1E-16. The fountain has also obtained a stability about 1E-14 at 1s. We discovered for the first time, at very low magnetic field (5 +/- 1 mG), Feshbach resonances. We also took a new absolute measurement of the hyperfine transition of the 87Rb, which is the most precise ever carried out and is used now as definition for the secondary standard. By comparing this value with those measured the previous years, we could carry out a test of the stability of the fine structure constant on the level of 1E-15/Yr. We led local comparisons between atomic fountains and the other fountains of the laboratory. Most stable it is unrolled with a combined stability of 5E-14 at 1s. The behavior of the difference of the two clocks goes like white frequency noise up to 4E-16. The assessment of the dual fountain accuracy budget has been evaluated at 7E-16 for the cesium part and 8E-16 for the rubidium part. We contributed to the realization of the scale of International Atomic Time, by series of calibrations of hydrogen masers. An atomic comparison of fountain by satellite links was tested between our laboratory and our German counterpart. This measurement has determined the good agreement between the two clocks.