États non-gaussiens de spin à partir d'atomes de dysprosium ultrafroids

Non-gaussian spin states of ultracold dysprosium atoms Ce manuscrit de thèse est consacré à des expériences réalisées à partir de gaz d’atomes de dysprosium ultrafroids. Cet élément possède des propriétés particulières comme un grand moment angulaire J=8 ou bien un déplacement lumineux tensoriel significatif à proximité de résonance. Le dispositif expérimental est présenté dans son ensemble, du piégeage magnéto-optique au refroidissement par évaporation. La modulation spatiale permettant de contrôler la forme d’un piège optique est détaillée, ainsi que le rôle du déplacement lumineux tensoriel dans l’étape de refroidissement Doppler dans un piège optique. La seconde partie est dédiée à l’utilisation du déplacement lumineux tensoriel dans la préparation d’états comprimés et ‘surcomprimés’ ainsi que des états chats de Schrödinger. La sensibilité magnétique de ces états est mesurée à l'aide de séquences de Ramsey et permet de calculer le gain métrologique. La fonction de Husimi est reconstruite expérimentalement à partir de mesures de population dans différentes directions, ce qui permet aussi de déterminer la pureté des différents états préparés. Les états comprimés ont une sensibilité accrue, mais les états surcomprimés montrent une forte diminution du contraste des oscillations de Ramsey. L’utilisation de la distance de Hellinger permet de quantifier la différence entre deux états proches et ainsi donner une nouvelle définition du gain métrologique. La limite de Cramér-Rao est alors atteinte et la sensibilité des états surcomprimés est supérieure à celle des états comprimés. Enfin un système de 16 spins 1/2 indistinguables en interaction est réalisé. Dans une troisième partie nous présentons la mesure de l’intrication de paire pour les états d’un spin J à l’aide de probabilités d’absorption de photons, qui n’a pas été réalisée expérimentalement. En conclusion sont présentés deux projets où des degrés de libertés externes sont ajoutés à la dynamique des degrés de liberté internes. Dans le premier cas il s’agit d’un système analogue à l’Hamiltonien de Landau pour une particule chargée dans un champ magnétique, avec une dimension d’espace et une dimension synthétique. Dans le second cas, deux dimensions d’espace sont utilisées et la présence d’un déplacement lumineux dépendant de la position réalise un champ magnétique artificiel.