Localisation faible de la lumière dans un gaz d'atomes froids : rétrodiffusion cohérente et structure quantique interne
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Abstract EN:
Recent experimental results show that the interference contrast observed in coherent backscattering (CBS) of light by cold atoms is drastically reduced with respect to classical disordered media. In the present theoretical contribution, we study the impact of the degeneracy of the atomic dipole transition on weak localization of light. The nonscalar components of the atomic scattering operator are characteristics of the internal structure, and strongly modify the interference properties of multiple light scattering. A systematic analysis in terms of irreducible tensors permits to calculate exact analytical expressions for the single and double scattering contributions to the CBS signal for arbitrarily degenerate atomic dipole transitions. Furthermore, we sum up the series of ladder and crossed diagrams that describe the average scattered light intensity and the weak localization corrections, respectively. We find that the degeneracy of the atomic transition has negligible impact on the average light amplitude, small impact on the average intensity, but decisive impact on the interference corrections. The internal degrees of freedom very effectively reduce the interference of weak localization and, therefore, the CBS signal for any degenerate atomic dipole transition.
Abstract FR:
Des résultats récents de rétrodiffusion cohérente (CBS) de la lumière sur un nuage d'atomes froids ont montre que le contraste d'interférence est fortement réduit par rapport aux milieux désordonnés classiques. Dans le présent travail théorique, nous étudions l'impact de la dégénérescence de la transition dipolaire atomique sur la localisation faible de la lumière. Les composantes non-scalaires du tenseur de diffusion atomique, caractéristiques de la structure interne, modifient la diffusion multiple de la lumière. Une analyse systématique en termes de tenseurs irréductibles permet d'obtenir des expressions analytiques exactes pour les contributions de la diffusion simple et double au signal CBS. Nous résommons analytiquement la série des diagrammes échelle de l'intensité diffusée et la série des diagrammes croises de la localisation faible, pour toute transition atomique dégénérée. La structure interne n'a qu'une influence négligeable sur l'amplitude lumineuse moyenne, et une influence faible sur l'intensité moyenne. Par contre, la dégénérescence de la transition atomique réduit drastiquement l'interférence de localisation faible et donc la rétrodiffusion cohérente, et explique ainsi les résultats expérimentaux.