La rétrodiffusion cohérente (CBS) et la diffusion cohérente vers l’avant (CFS) sont des effets de cohérence quantique qui résultent des interférences multiples d’une onde en propagation dans un milieu désordonné. Ce deuxième effet est un marqueur d’une localisation, qui confine l’onde dans une zone du milieu désordonné, empêchant sa diffusion. Ce phénomène est connu sous le nom de localisation d’Anderson en présence d’un désordre spatial, et de localisation dynamique en présence d’un désordre en impulsion. Le CBS et le CFS s’observent sous forme de pics dans la densité de probabilité de l’espace réciproque au désordre, dont la dynamique dépend principalement des caractéristiques de localisation du système dans lequel les ondes se propagent. Si le CBS est bien connu et a été observé avec des ondes de différentes natures, le CFS, quant à lui, n’a été découvert numériquement que très récemment.
Plusieurs systèmes pourraient permettre d’observer ces effets de cohérence quantique, mais l’un des plus prometteurs à ce jour est le Kicked Rotor. Ce système présente une dynamique caractérisée par une succession d’impulsions instantanées et de périodes d’évolution libre. En régime quantique et pour certains jeux de paramètres, ce système présente un désordre effectif permettant l’apparition des effets interférentiels et notamment la localisation dynamique. L’étude des symétries de renversement du temps et de parité au sein de ce système a révélé une dynamique intéressante, tout en donnant accès à de meilleurs contrastes CBS et CFS. La symétrie de renversement du temps est à l’origine de la présence ou non du pic CBS. La symétrie de parité est à l’origine des doublets en énergie dans le spectre, induisant des dynamiques CBS et CFS remarquables.
Suite à une collaboration avec l’équipe expérimentale du LCAR à Toulouse, nous avons adapté un modèle de Kicked Rotor réalisable par modulation de réseaux optiques. Ce modèle conserve les caractéristiques de localisation et de dynamique du modèle canonique, tout en permettant d’ajuster les symétries. Finalement, nous rapportons dans ce manuscrit la première observation directe du pic CFS, dans une expérience d’atomes froids. |
Coherent backscattering (CBS) and coherent forward scattering (CFS) are quantum coherence effects arising from the multiple interference of a wave propagating through a disordered medium. The latter effect is a marker of localization, which confines the wave within a region of the disordered medium, preventing its diffusion. This phenomenon is known as Anderson localization in the presence of spatial disorder and as dynamic localization in the presence of disorder in momentum space. CBS and CFS manifest as peaks in the probability density in reciprocal space to the disorder, with dynamics that primarily depend on the localization characteristics of the system through which the waves propagate. While CBS is well-known and has been observed with waves of various natures, CFS, on the other hand, was only numerically discovered very recently.
Several systems could enable the observation of these quantum coherence effects, but one of the most promising to date is the Kicked Rotor. This system exhibits a dynamics characterized by a succession of instantaneous pulses and periods of free evolution. In the quantum regime and for certain parameter sets, this system exhibits an effective disorder that enables the appearance of interference effects, notably dynamic localization. The study of time-reversal and parity symmetries within this system revealed an interesting dynamics and also provided access to better CBS and CFS contrasts. The time-reversal symmetry is responsible for the presence or absence of the CBS peak. The parity symmetry gives rise to energy doublets in the spectrum, inducing remarkable CBS and CFS dynamics.
Following a collaboration with the experimental team from LCAR in Toulouse, we adapted a Kicked Rotor model that can be realized through optical lattice modulation. This model preserves the localization and dynamics characteristics of the canonical model while allowing the adjustment of symmetries. Finally, we report in this manuscript the first direct observation of the CFS peak in a cold atom experiment. |