Gaz ultra-froids hors équilibre à une dimension
Les progrès réalisés au cours des dernières décennies en matière de
refroidissement et de manipulation des gaz atomiques ont permis
d'accéder pleinement au monde quantique. La dégénérescence quantique a
été atteinte à la fois pour les fermions et les bosons et la
condensation de Bose-Einstein a été observée expérimentalement, en
refroidissant les gaz atomiques à quelques dizaines de nK. Ces gaz
ultra-froids peuvent être confinés non seulement en trois dimensions,
mais aussi en deux et une dimension. L'abaissement de la dimensionnalité
a pour effet d'augmenter les corrélations entre les atomes.
Des phénomènes étonnants peuvent se produire pour les particules
quantiques vivant à une dimension : l'effet des interactions est par
exemple exacerbé en diminuant la densité d'atomes, et les bosons à forte
interaction se comportent comme des fermions libres. Les mélanges
quantiques unidimensionnels offrent le privilège d'accéder, dans
certains cas, à la fonction d'onde exacte de plusieurs corps. Un cas
particulier qui permet d'aller plus loin dans les calculs, en capturant
les fonctions de corrélation et la dynamique, même en présence de
confinements externes, est la limite de Tonks-Girardeau, où
l'interaction de contact entre les particules est répulsive et tend vers
l'infini. L'étude de ce cas limite permet une compréhension profonde des
corrélations quantiques dans les systèmes à plusieurs corps, à
l'équilibre et hors équilibre, et d'avoir un point de référence pour les
simulateurs classiques et quantiques de ces systèmes.
Cette thèse se concentrera sur l'étude de la dynamique de mélanges
unidimensionnels ultra-froids dans le régime d'interaction forte, où des
solutions exactes peuvent être obtenues. En particulier, nous nous
intéresseront à : (i) l'étude de la transition superdiffusif-diffusif en
brisant l'intégrabilité et/ou en augmentant le nombre de composantes de
spin ; (ii) l'étude des fluctuations de densité et de la quantité de
mouvement dans le long de cette transition ; et (iii) la recherche de
signatures de corrélations, qui pourraient être liées à l'évolution
temporelle de l'entropie d'intrication dans la dynamique du mélange de
spins.
Le doctorant ou la doctorante travaillera en collaboration avec l'équipe
d'Anna Minguzzi (Grenoble), et Pablo Capuzzi (Buenos Aires), avec qui
nous avons respectivement un projet de collaboration ANR et IRP.
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