Gradiométrie atomique pour les futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles

Abstract

Les ondes gravitationnelles nous permettent d’élargir notre connaissance de l’univers en transportant sur de très grandes distances les informations reliées aux variations de masses. La détection de ces ondes est de première importante non seulement pour la physique fondamentale mais également pour les aspects technologiques des mesures de haute précision. Différents observatoires d’ondes gravitationnelles sont en opération ou en construction à travers le monde, avec des bandes de détection allant de 10^-9 Hz to 10^4 Hz.L’expérience MIGA (Matter Wave Interferometer Gravitational Antenna) a pour but de construire un réseau de gradiomètres atomiques en cavité sur une longueur de base de 150 m au laboratoire Souterrain Bas Bruit (LSBB). En comparaison avec les détecteurs optiques de type Michelson en cavité, les gradiomètre atomiques ouvrent la voie vers une détection en dessous du Hz, et peuvent permettre une détection dans une gamme de fréquence 0.1 Hz - 10 Hz complémentaire par rapport aux instruments existants ou en construction.Dans ce cadre, le LP2N réalise une expérience de démonstration consistant en un gradiomètre atomique en cavité basé sur deux sources d’atomes froids de Rb. Nous discutons dans cette thèse les progrès réalisés sur cette expérience. En particulier, la réalisation et le commissioning du système à vide ainsi que la caractérisation complète d’une des sources atomiques.Dans ce manuscrit, nous rapportons également les travaux théoriques réalisés dans un second volet de cette thèse et consistant à l’étude du couplage optimal entre un interféromètre atomique et une cavité optique pour la détection des ondes gravitationnelles. Nous présentons ainsi une géométrie originale de détection permettant d’obtenir une amplification du signal d’onde gravitationnel détecté par un interféromètre atomique.