SinFra`08 - IPAL Singaporean–French Open Symposium

Opening PhD position (Nice-Singapore)
Nonequilibrium long range phase transition in cold atoms:
Theory and experiment
Keywords: Ultracold atoms, long range forces, Vlasov and Smoluchowski equations, phase
transition, gravitational interaction
The inverse-square law of the gravitational force between two point masses is one of the best
known and oldest laws in Physics. When many particles are involved, it is responsible for dramatic
collective effects such as the collapse or the clustering of masses at the origin of galaxies in the
present universe. At fixed temperature, we know that the stability of an extended phase, dominated
by the long range interaction, or a collapsed phase, dominated by the short range repulsive
interaction, depends on the dimensionality of the system. In 1D, only the extended phase is stable,
whereas in 2D, we expect a phase transition for a critical temperature. Finally in 3D, only the
collapsed phase is stable and the extended one is metastable.
We have demonstrated gravitational-like interaction on a 1D test system consisting in a cold
gas of neutral Strontium atoms in interaction with two contra-propagating quasi-resonant laser beams
[1]. We have recently generalized this approach for 2D system [2]. We have theoretically shown that it
leads to an unusual nonequilibrium phase transition due to forces which do not derive from a
potential.
The objective of the Ph.D is to develop the work initiated in [2] both on theoretical and
experimental aspects. The main goal will be to experimentally observe, study, and give a full
theoretical description of the phase transition between the extended and collapsed phases.
The successful applicant will work mostly at the Laboratoire J. A. Dieudonné (LJAD),
University of Nice, France. However, since the experiment is located at the Nanyang Technological
University, Singapore, part of the work (one year most likely) will be done there as well.
Applications with a detailed CV should be sent via email to Julien Barré or/and David
Wilkowski.
[1] M. Chalony, J. Barré, B. Marcos, A. Olivetti, and D. Wilkowski, Phys. Rev. A 87, 013401 (2013).
[2] J. Barré, B. Marcos, and D. Wilkowski, Phys. Rev. Lett. 112, 133001 (2014).
Contacting persons:
David Wilkowski
SPMS/NTU (Singapore)
E-mail : [email protected]
Website: http://ultracold.quantumlah.org/
Julien Barré
LJIAD/UNS (France)
E-mail : [email protected]
Sujet de thèse (Nice-Singapour)
Transition de phase hors équilibre dans les atomes froids avec interaction à
longue portée:
Théorie and expérience
Mots clefs: Atomes froids, forces à longue portée, équations de Vlasov et de Smoluchowski,
transition de phase, interaction gravitationnelle
La loi en inverse carré de la force gravitationnelle entre deux masses ponctuelles est l’une des
plus connues et des plus anciennes lois en physique. Lorsque de nombreuses particules sont
impliquées, elle conduit à des effets dramatiques comme l’effondrement ou le regroupement des
masses, à l’origine des galaxies dans notre univers. A température fixée, on sait que la stabilité de la
phase étendue, dominée par les interactions à longues portées ou de la phase condensée, dominée
par les interactions à courtes portées, dépend de la dimensionnalité du système. A 1D, seulement la
phase étendue est stable, alors qu’à 2D, une transition de phase à une certaine température critique
est prédite. Finalement à 3D, la phase condensée est la seule stable alors que la phase étendue est
métastable.
Nous avons démontré qu’une interaction de type gravitationnelle existe dans les gaz d’atomes
froids 1D en interaction quasi résonante avec deux faisceaux lasers contra propageant [1]. Nous
avons ensuite généralisée cette approche aux systèmes 2D [2]. Elle conduit, de manière
surprenante, à une transition de phase hors équilibre due à des forces ne dérivant pas d’un potentiel.
L’objectif de la thèse est de poursuivre le travail initié dans la référence [2]. Le but principal
serait d’observer et de caractériser la transition de phase entre les phases condensée et étendue et
d’en donner une description théorique précise.
Le ou la candidat(e) retenu(e) travaillera la plupart du temps au Laboratoire J. A. Dieudonné
(LJAD) à Université de Nice, France. Néanmoins l’expérience étant basée à Singapour, un long
séjour (un an environ) est prévu sur place.
Les candidatures, accompagnées d’un CV détaillé, sont à envoyer par courrier électronique à
Julien Barré ou/et David Wilkowski.
[1] M. Chalony, J. Barré, B. Marcos, A. Olivetti, and D. Wilkowski, Phys. Rev. A 87, 013401 (2013).
[2] J. Barré, B. Marcos, and D. Wilkowski, Phys. Rev. Lett. 112, 133001 (2014).
Personnes à contactées:
David Wilkowski
SPMS/NTU (Singapour)
E-mail : [email protected]
Website: http://ultracold.quantumlah.org/
Julien Barré
LJIAD/UNS (France)
E-mail : [email protected]