Résumé
Le deuxième cours a été consacré au refroidissement Doppler avec des sources lasers. Soixante ans après l'argument d'Einstein étudié au premier cours, deux articles par Hänsch et Schawlow d'une part et par Wineland et Dehmelt d'autre part, sont venus simultanément proposer d'exploiter la lumière des lasers accordables pour créer de nouveaux équilibres thermodynamiques. Dans le langage que nous avons développé au cours précédent, un laser monochromatique permet de réaliser une distribution spectrale de lumière arbitrairement étroite : c'est alors la largeur naturelle du niveau excité de l'atome qui va venir remplacer la largeur de la distribution du corps noir. En d'autres termes, il n'y a plus de température imposée « de l'extérieur » par la lumière incidente et ce sont les paramètres de la transition atomique utilisée qui déterminent la température d'équilibre. Comme dans l'article d'Einstein, c'est l'effet Doppler qui est à la base de la force de friction qui permet de refroidir les atomes. L'approche que nous avons suivie a donc été très similaire à celle développée pour le rayonnement du corps noir. Nous avons utilisé la théorie du mouvement brownien et déterminé à la fois un coefficient de friction et un coefficient de diffusion, pour arriver à la limite Doppler reliant la température d'équilibre et la largeur naturelle de la transition atomique. Une fois le principe de ces mélasses optiques établies, nous l'avons transposé de l'espace des vitesses vers l'espace des positions, en substituant l'effet Zeeman à l'effet Doppler. Nous sommes ainsi arrivés au principe du piège magnéto-optique que nous avons décrit et illustré à partir d'expériences récentes, menées soit avec des atomes, soit avec des molécules.
