Experimental study of stimulated Hawking radiation and Bogoliubov modes correlations in a quantum fluid of polaritons

Étude expérimentale de la radiation de Hawking stimulée et corrélations entre modes de Bogoliubov dans un fluide quantique de polaritons Ce manuscrit est dédié à l'étude expérimentale de la radiation de Hawking stimulée dans un fluide quantique de polaritons en microcavité ainsi qu'au corrélations d'intensité entre modes d'excitations collectives du système. Dans un premier temps, nous établissons le cadre théorique nécessaire à la compréhension des fluides de polaritons. En partant de l'équation de Gross-Pitaevskii, nous dérivons le spectre de Bogoliubov des excitations collectives et analysons les régimes dynamiques en fonction de la densité, de la vitesse et des interactions du fluide. Cette analyse met en évidence le rôle clé des modes d'énergie positive et négative dans la création de particules analogues à l'effet Hawking. Ensuite, nous présentons la réalisation expérimentale d'un écoulement transcritique dans un fluide de polaritons, obtenue grâce à un façonnage précis du pompage optique. Cette configuration permet de créer une région transcritique, essentielle pour l'apparition d'un horizon sonore. Nous démontrons également la présence de modes d'énergie négative dans cette région, confirmant les conditions nécessaires à l'observation de l'effet Hawking. Cette étude permet notamment d'étendre le cadre dans lequel il est possible d'observer des phénomènes de création de particules à des configurations où le spectre de Bogoliubov n'est pas nécessairement linéaire et comprend des excitations massives. Sur cette base, nous réalisons l'observation expérimentale de l'émission stimulée du rayonnement de Hawking. En injectant un état cohérent dans la région amont et en mesurant les modes diffusés, nous mettons en évidence une signature du mélange des énergies positives et négatives à l'interface. Bien que nos résultats ne constituent pas encore une mesure quantitative complète de la matrice de diffusion, ils démontrent la puissance des techniques optiques utilisées pour reconstruire le champ de fluctuations et analyser les modes diffusés. Enfin, nous explorons les corrélations entre les modes d'excitations collectives dans le cas d'un fluide au repos en vue d'une étude plus approfondie des aspects quantiques de l'effet Hawking. Nous discutons également des perspectives offertes par les fluides de polaritons pour des expériences de gravité analogue, grâce à leur nature optique, leur caractère hors équilibre et leur grande flexibilité. Cette thèse présente la première mesure expérimentale de l'effet Hawking stimulé et met en évidence le potentiel des systèmes polaritoniques comme plateforme expérimentale pour étudier des phénomènes fondamentaux de la physique des champs quantiques en espace-temps courbés, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles investigations sur les effets quantiques aux horizons analogiques.