Effets coopératifs dans les nuages d'atomes froids

In this thesis, we investigate experimentally as well as theoretically collective effects in dilute clouds of cold atoms. In order to study the competition between cooperative effects and strong localization, we then implement a dipole trap that allows us to compress the cloud to dense regimes. The first chapter shows how a system of N atoms interacting via the electromagnetic field gives rise to cooperative effects: superradiance, subradiance, collective Lamb shift. Considering the situation where atoms are driven by an external laser field, we point out how collective effects occur and compute the cooperative radiation pressure force acting on the center of mass of the cloud. Subradiance is then studied by considering the system relaxation after switching off the driving laser field. The second chapter describes the experimental investigation of cooperative effects through measurements of the collective radiation pressure force. These measurements show good agreement with the theoretical model we have previously developed. The last chapter explores the experimental realization of a blue detuned crossed dipole trap whose size can be dynamically adjusted enabling us to compress the cloud to reach high density regimes.Ce travail de thèse concerne d'une part l'étude théorique et expérimentale des effets coopératifs dans les nuages d'atomes froids dilués et, d'autre part, le développement d'un piège dipolaire pour comprimer le nuage vers les régimes denses afin d'étudier la compétition entre les effets coopératifs et la localisation forte. Le premier chapitre montre comment un système de N atomes interagissant via le champ électromagnétique donne naissance aux effets coopératifs : superradiance, sousradiance, déplacement de Lamb collectif. En considérant la situation où les atomes sont pilotés par un champ laser extérieur, nous montrons comment les effets coopératifs se manifestent et calculons la force de pression de radiation collective s'exerçant sur le centre de masse du nuage. Le phénomène de sousradiance est ensuite étudié en considérant la relaxation du système après avoir coupé le laser. Le deuxième chapitre traite l'étude expérimentale des effets coopératifs en mesurant la force de pression de radiation coopérative. Les mesures sont en bon accord avec le modèle théorique développé précédemment. Enfin, le dernier chapitre décrit la réalisation d'un piège dipolaire croisé, désaccordé dans le bleu, dont la taille peut être ajustée dynamiquement pour comprimer le nuage dans les régimes de forte densité