Construç˜ao de Uma Armadilha Magneto-´Otica para Aplicaç˜oes em Informaç˜ao Quântica e F ...

114 Pages·2009·2.94 MB·Portuguese

Universidade de S˜ao Paulo
Instituto de F´ısica
Constru¸c˜ao de Uma Armadilha
´
Magneto-Otica para Aplica¸co˜es em
Informa¸c˜ao Quˆantica e F´ısica Atoˆmica
H´elio Zhang He
Orientador: Prof. Dr. Marcelo Martinelli
Disserta¸c˜ao de mestrado apresentada ao
Instituto de F´ısica para a obten¸c˜ao
do t´ıtulo de Mestre em Ciˆencias
Banca Examinadora:
Prof. Dr. Marcelo Martinelli (IF-USP)
Prof. Dr. Paulo Teotonio Sobrinho (IF-USP)
Prof. Dr. Lu´ıs Eduardo Evangelista de Araujo (UNICAMP)
S˜ao Paulo
2009

Resumo
Constru´ımos uma armadilha magneto-´otica (MOT) para ´atomos de rub´ıdio visando o seu
aprisionamento em um potencial peri´odico formado por feixes de luz (rede ´otica) e a realizac¸˜ao
de experimentos em f´ısica atˆomica, com poss´ıveis aplica¸c˜oes no campo da informac¸˜ao quˆantica.
A necessidade de uma MOT vem dos problemas que o movimento t´ermico dos ´atomos imp˜oem
`a realiza¸c˜ao de medidas precisas. Neste arranjo, combina-se a press˜ao de radiac¸˜ao de feixes
laser com o efeito do campo magn´etico para resfriar e aprisionar ´atomos neutros.
Durante a execu¸c˜ao deste projeto, constru´ımos os lasers e o sistema eletrˆonico de controle
de frequˆencia, intensidade e temperatura; montamos o sistema de bombeamento de v´acuo e a
cˆamara de v´acuo onde ´e feito o aprisionamento; fizemos os arranjos para caracterizar a MOT,
usandoprogramasdecomputadorparacapturareanalisarasmedidas. Caracterizamosanuvem
de ´atomos frios obtida, estimamos o nu´mero de ´atomos aprisionados, o tempo de carregamento
e a temperatura da nuvem.
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Abstract
We built a magneto-optical trap (MOT) for rubidium as a first step for the trapping of
a cloud of cold atoms in a periodic potential formed by light beams. This system will be
used for experiments in atom physics, with possible applications in quantum information. A
MOT is necessary to avoid the problems imposed by the thermal agitation of the atoms to the
measurement of their properties. In this configuration, we combine the radiative pressure of
laser beam with the effect of a magnetic field to cool and trap neutral atoms.
During the execution of this project, we built the lasers and the electronic system for their
control of frequency, intensity and temperature. We also built the system for vacuum pumping
and the vacuum chamber for the trapping, as well as the setup for the MOT characterization,
with computer programs for capture and analyze the measurements. We characterize the cold
atoms cloud, measuring the number of trapped atoms, their loading time in the MOT and their
temperature.
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Agradecimentos
• Agrade¸co sinceramente ao meu orientador Prof. Marcelo Martinelli pela orientac¸˜ao, pelos
incentivos e pelos ensinamentos durante meu mestrado. N˜ao seria poss´ıvel concluir este
projeto sem o seu apoio e compreens˜ao.
• Ao Prof. Paulo Alberto Nussenzveig por ter me aceitado no grupo e indicado ao Prof.
Marcelo.
• Ao Paulo Valente que ajudou muito nos meus trabalhos, e com quem aprendi muito.
• Aosmeusamigose(ex-)colegasdogrupo: RodrigoeLa´ercio,quetrabalharamdiretamente
comigo e me ajudaram muito, juntos tentamos explorar esta ´area fascinante e ao mesmo
tempo desafiadora; ao Antˆonio, Fabio, Felippe e Jˆonatas com os quais aprendi diversos
assuntos e passei muitos momentos agrad´aveis; ao Clodoaldo com quem sempre conversei
muito sobre os estudos e a carreira, e que me incentivou muito na conclus˜ao do mestrado;
ao Douglas, Vitor e Pedro que me ajudaram no inicio do meu mestrado.
• Ao pessoal da oficina mecˆanica e da oficina eletrˆonica. Os seus trabalhos, sempre de alta
qualidade, foram essenciais na constru¸c˜ao do sistema.
• A`s secret´arias da FEP, Edi e Ivanei, sempre prontas para ajudar nos trabalhos bu-
rocr´aticos.
• Aos colegas do Curso de Ciˆencias Moleculares, com os quais aprendi muito e cresci muito.
Obrigado pelos momentos incr´ıveis que passamos juntos e pelos apoios.
• A todos os meus professores. Obrigado pelos ensinamentos, vocˆes me mostraram como a
vida ´e cheia de maravilhas e possibilidades.
• A`s pessoas mais importantes da minha vida, a minha fam´ılia. Palavras s˜ao muito pouco
para demonstrar todo o meu agradecimento e afeto.
• A` Cristina Sayuri, obrigado por caminhar junto e me ajudar nos momentos mais dif´ıceis.
• Aos meus amigos da Alianc¸a Beneficente Universit´aria. Guardarei sempre junto comigo
a amizade e o esp´ırito de trabalho em equipe.
• A` minha terapeuta, Simone, que me fez conhecer mais a mim mesmo.
• H´amuitaspessoasparaagradecer, masinfelizmentena˜od´aparaescreverparatodasaqui.
Agrade¸co a todos que me ajudaram um dia e que contribu´ıram para o meu crescimento.
• Por fim, agradec¸o `a FAPESP pelo apoio financeiro e por acreditar em mim.
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“A vida ´e um piquenique e eu estou faminto!”
do desenho Doug
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