FR2968088A1

FR2968088A1 - Method for measuring local gravitation field by atomic interferometry using matter-wave type gravimeter to e.g. detect hidden targets such as cavities, involves determining phase difference by interference of multiple internal states

Info

Publication number: FR2968088A1
Application number: FR1004657A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Schwartz; Christine Guerlin
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-01
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: FR2968088B1

Abstract

The method involves modifying and spatially separating an internal state of atoms to lead the atoms in an intermediate state, where the internal state and another internal state are spatially separated by a distance. The internal states are determined for a determination time during which the atoms accumulate a phase difference to lead the atoms in another intermediate state. The atoms are transferred and placed in a final state. The phase difference is determined by interference of multiple internal states based on measuring the number of atoms found in the internal states. An independent claim is also included for a matter-wave type gravimeter comprising an electronic chip.

Description

Procédé et dispositif de mesure d'un champ local de gravitation, à ondes de matière intégré sur puce atomique avec séparation micro- onde des atomes Method and device for measuring a local gravitational field with integrated matter waves on an atomic chip with microwave separation of the atoms

Le domaine de l'invention est celui de la gravimétrie, c'est-à-dire la mesure du champ de gravité local et/ou de son gradient, et plus s particulièrement de la gravimétrie de haute précision. Le champ d'application des gravimètres de haute précision est extrêmement vaste. On peut citer, à titre non limitatif, la recherche d'anomalies du champ gravitationnel pour la détection d'objets cachés tels que des cavités ou des tunnels, les applications spatiales, la navigation inertielle ou les applications io géophysiques comme la prospection pétrolière. Il est, bien entendu, possible d'utiliser ce type de dispositif comme accéléromètre. Les gravimètres de haute précision existant actuellement peuvent être classés en deux catégories. La première repose sur des effets de mécanique classique. Grâce à l'étude d'objets massiques macroscopiques, ts qui peuvent être, par exemple, des miroirs en coin de cube en chute libre associés à une détection optique, on détermine la gravité locale. Cependant, la complexité, la fragilité, le volume et le coût de tels objets limitent leur utilisation pratique. La seconde catégorie de gravimètres à hautes performances repose 20 sur l'utilisation d'ondes de matière. Ces dernières, qui sont associées à toute particule massive d'après les lois de la mécanique quantique, sont en effet sensibles au champ de gravitation local, qui induit un déphasage pouvant être mesuré par interférométrie atomique. On peut démontrer que, pour que les effets des ondes de matière soient pratiquement observables, il est 25 nécessaire d'utiliser des atomes refroidis à des températures situées à quelques fractions de millionièmes de degrés au-dessus du zéro absolu. On appellera dans la suite du texte ces atomes des atomes froids ou ultra-froids. Le principe de ce type de capteur a déjà été démontré avec succès dans plusieurs laboratoires. On peut se reporter, par exemple, à la 30 publication de M. Snadden, J. McGuirk, P. Bouyer, K. Haritos and M. Kasevich, Measurement of the Earth's Gravity Gradient with an Atom Interferometer-Based Gravity Gradiometer, Physical Review Letters 81, pages 971-974 (1998). Dans cet exemple, le principe de la mesure repose sur l'utilisation de transferts d'impulsion entre atomes froids et faisceaux lasers par transition Raman. On peut également citer la publication de M. Kasevich and S. Chu, Atomic interferometry using stimulated Raman transitions, Physical Review Letters 67, pages 181-184 (1991) sur ce sujet. s Les performances obtenues avec ce type de dispositif sont comparables, voire supérieures aux gravimètres fondés sur la mécanique classique précédemment cités. L'encombrement reste toutefois une limitation forte dè ce type de dispositif pour des utilisations pratiques, même si de récents efforts ont permis de mettre en oeuvre un gravimètre atomique embarqué sur io un camion, dans le cadre du projet « PINS » à l'université de Stanford. Parallèlement, d'importants efforts ont été déployés ces dernières années pour intégrer une partie des fonctions de piégeage, de refroidissement et de manipulation d'atomes froids sur des dispositifs de type « puces », ces dernières présentant l'avantage de la compacité mais aussi ls d'un meilleur contrôle des champs magnétiques nécessaires et d'une consommation électrique réduite. De plus, l'intérêt d'utiliser et d'intégrer des champs radiofréquences pour la manipulation cohérente des atomes, souligné dès 2000 dans un article de O. Zobay and B. Garraway, Two-Dimensional Atom Trapping in Field-Induced Adiabatic Potentials, Physical 20 Review Letters 86, pages 1195-1198 (2001) a été récemment démontré expérimentalement par la séparation cohérente en deux parties égales d'un condensat de Bose-Einstein en 2006, ce qui constitue l'équivalent atomique d'une lame séparatrice pour un laser, composant-clé pour la réalisation d'interféromètres atomiques. On peut se reporter, pour plus d'informations, à 25 la publication de T. Schumm et al., Matter-wave interferometry in a double well on an atom chip, Nature Physics 1, pages 57-62 (2005). En parallèle des gravimètres à ondes de matière utilisant des atomes en chute libre séparés par des impulsions laser de type « Raman », il a déjà été proposé par la demanderesse un gravimètre utilisant des atomes 30 préalablement refroidis par laser et piégés au voisinage d'un substrat ou « puce atomique » tout au long du cycle de détection. Une telle architecture a fait l'objet d'une demande de brevet FR 08 07072 et présente notamment les avantages d'une plus grande compacité et d'une consommation électrique réduite. The field of the invention is that of gravimetry, that is to say the measurement of the local gravity field and / or its gradient, and more particularly of high accuracy gravimetry. The field of application of high precision gravimeters is extremely wide. There may be mentioned, without limitation, the search for anomalies of the gravitational field for the detection of hidden objects such as cavities or tunnels, space applications, inertial navigation or geophysical applications such as oil prospecting. It is, of course, possible to use this type of device as an accelerometer. The high precision gravimeters that currently exist can be classified into two categories. The first is based on classic mechanical effects. Through the study of macroscopic mass objects, ts which can be, for example, freefall cube corner mirrors associated with optical detection, the local gravity is determined. However, the complexity, fragility, volume and cost of such objects limit their practical use. The second category of high performance gravimeters is based on the use of material waves. The latter, which are associated with any massive particle according to the laws of quantum mechanics, are indeed sensitive to the local gravitational field, which induces a phase shift that can be measured by atomic interferometry. It can be shown that for the effects of material waves to be practically observable, it is necessary to use atoms cooled to temperatures a few fractions of a millionths of a degree above absolute zero. In the rest of the text, these atoms will be called cold or ultra-cold atoms. The principle of this type of sensor has already been successfully demonstrated in several laboratories. Reference can be made, for example, to the publication of M. Snadden, J. McGuirk, P. Bouyer, K. Haritos and M. Kasevich, Measurement of the Earth's Gravity Gradient with an Atom Interferometer-Based Gravity Gradiometer, Physical Review Letters 81, 971-974 (1998). In this example, the principle of measurement relies on the use of pulse transfers between cold atoms and laser beams by Raman transition. One can also cite the publication of M. Kasevich and S. Chu, Atomic interferometry using stimulated Raman transitions, Physical Review Letters 67, pages 181-184 (1991) on this subject. The performances obtained with this type of device are comparable to, or even superior to, gravimeters based on conventional mechanics mentioned above. Congestion however remains a strong limitation of this type of device for practical uses, even if recent efforts have made it possible to implement an atomic gravimeter on board a truck, as part of the PINS project at the university. from Stanford. At the same time, significant efforts have been made in recent years to integrate some of the functions of trapping, cooling and handling of cold atoms into "chip" type devices, the latter having the advantage of compactness but also ls better control of magnetic fields required and reduced power consumption. In addition, the interest of using and integrating radiofrequency fields for the coherent manipulation of atoms, pointed out as early as 2000 in an article by O. Zobay and B. Garraway, Two-Dimensional Atom Trapping Field-Induced Adiabatic Potentials, Physical 20 Review Letters 86, pages 1195-1198 (2001) has recently been experimentally demonstrated by the two-part coherent separation of a Bose-Einstein condensate in 2006, which is the atomic equivalent of a splitter plate for a laser, key component for the realization of atomic interferometers. For more information, see the publication of T. Schumm et al., Matter-wave interferometry in a double well on an atom chip, Nature Physics 1, pp. 57-62 (2005). In parallel with material wave gravimeters using freely falling atoms separated by "Raman" type laser pulses, the Applicant has already proposed a gravimeter using atoms previously cooled by laser and trapped in the vicinity of a laser. substrate or "atomic chip" throughout the detection cycle. Such an architecture has been the subject of a patent application FR 08 07072 and has in particular the advantages of greater compactness and reduced power consumption.

Le fait de garder les atomes piégés permet d'utiliser des temps d'interaction importants, potentiellement de l'ordre de plusieurs secondes, ce qui a un effet favorable sur la sensibilité du capteur. Le principe d'un tel gravimètre, repose sur la séparation des atomes piégés au voisinage de la s puce en deux paquets d'ondes atomiques distincts le long d'un axe de mesure appelé axe sensible (typiquement l'axe vertical dans le cas d'une mesure du champ local de pesanteur g). Si l'on appelle s la distance de séparation entre les deux paquets d'onde, M la masse d'un atome mis en jeu, T le temps pendant lequel les deux paquets d'onde sont maintenus io séparés et h la constante de Planck divisée par 2rr, alors on peut montrer que le déphasage AO g induit sur chaque atome par le champ local de pesanteur g s'écrit : 0~g g = sT (équation 1). La précision sur la mesure de g dépend en particulier de la précision ls avec laquelle la distance s est maintenue constante entre les deux paquets d'ondes et est donc directement liée à la précision avec laquelle on est en mesure de contrôler ce paramètre s. Cette limitation de précision et de sensibilité de mesure n'est pas précisément résolue par la solution proposée dans la demande de brevet 20 FR 08 07072 qui n'adresse pas ce problème. Par ailleurs, même si la précédente méthode décrite permet de séparer, tout en continuant à piéger, le nuage d'atomes en deux paquets d'ondes distincts, et consiste notamment à transformer le potentiel de piégeage en un double puits à l'aide d'un champ radiofréquence non- es résonnant (fréquence typique : quelques MHz), elle semble toutefois limitée aux sources atomiques cohérentes, pour lesquelles les interactions importantes entre atomes sont susceptibles de perturber la mesure. The fact of keeping the trapped atoms makes it possible to use significant interaction times, potentially of the order of several seconds, which has a favorable effect on the sensitivity of the sensor. The principle of such a gravimeter, is based on the separation of the trapped atoms in the vicinity of the chip in two separate atomic wave packets along a measurement axis called sensitive axis (typically the vertical axis in the case of a measure of the local gravitational field g). If we call s the separation distance between the two wave packets, M is the mass of an atom involved, T is the time during which the two wave packets are kept separate and h is the Planck constant. divided by 2rr, then we can show that the phase shift AO g induced on each atom by the local field of gravity g is written: 0 ~ gg = sT (equation 1). The accuracy of the measurement of g depends in particular on the precision with which the distance s is kept constant between the two wave packets and is therefore directly related to the precision with which one can control this parameter s. This limitation of accuracy and measurement sensitivity is not precisely solved by the solution proposed in patent application FR 08 07072 which does not address this problem. Moreover, even if the previous method described makes it possible to separate, while continuing to trap, the cloud of atoms into two distinct wave packets, and notably consists in transforming the trapping potential into a double sink using A non-resonant radiofrequency field (typical frequency: a few MHz), it nevertheless seems limited to coherent atomic sources, for which the important interactions between atoms are likely to disturb the measurement.

C'est pourquoi et pour résoudre les problèmes précités, la présente 30 invention a pour objet un nouveau procédé de mesure de champ local de gravitation et un gravimètre, moins dépendant de la précision avec laquelle on est capable de déterminer le paramètre s. Therefore, and to solve the above problems, the present invention is directed to a novel local gravitational field measurement method and a gravimeter, less dependent on the accuracy with which the parameter s can be determined.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de mesure d'un champ local de gravitation, par interférométrie atomique, ledit procédé comprenant : - une étape de refroidissement et de piégeage d'atomes ultra-s froids permettant de disposer d'un ensemble d'atomes dans un premier état interne électronique la>, en une position spatiale initiale zo ; - une première étape de transfert des atomes dans une superposition à poids égaux dudit premier état électronique interne la> et d'un second état électronique interne lb>, conduisant chaque atome dans un io premier état intermédiaire résultant (la>Zo + lb>Zo) / ,/2 ; - une étape pour créer un déphasage lié audit champ local de gravitation entre lesdits premier et second états internes en les séparant spatialement dans ledit champ local de gravitation ; - une étape pour recombiner spatialement lesdits premier et is second états internes ; - une étape de détermination dudit déphasage par interférence desdits états internes de manière à déterminer ledit champ local de gravitation ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : 20 - une étape de modification et de séparation spatiale dudit second état interne conduisant les atomes dans un second état intermédiaire résultant (la>Zo + 1b>ZI)INp, où ledit premier état la>Zo et ledit second état Ib>ZI sont séparés spatialement de la distance 1zi-zol ; - une étape d'interrogation durant un temps d'interrogation T, 25 durant lequel les atomes accumulent un déphasage (p conduisant les atomes dans un troisième état intermédiaire (la>Zo + e"D 1b>Zl) / ; - une étape de recombinaison spatiale des atomes, conduisant à l'établissement d'un paquet d'onde final dans un quatrième état intermédiaire :(la>Zo + e"D Ib>Zo) / N/2 ; 30 - une seconde étape de transfert desdits atomes, les plaçant dans un état final e"P/2(-i sin(cp/2)la>Zo+ cos((p/2)Ib>Zo) ; - l'étape de détermination dudit déphasage par interférence des états internes comprenant une étape de mesure du nombre d'atomes se trouvant dans ledit premier état interne la> et du nombre d'atomes se 35 trouvant dans ledit second état interne lb>. More specifically, the subject of the present invention is a method for measuring a local gravitational field, by atomic interferometry, said method comprising: a step of cooling and trapping ultra-cold atoms making it possible to have a set of atoms in a first internal electronic state la>, in an initial spatial position zo; a first step of transferring the atoms in a superposition with equal weights of said first internal electronic state 1a and a second internal electronic state 1b, leading each atom into a first intermediate state resulting from (Zo + 1b> Zo ) /, / 2; a step for creating a phase shift related to said local gravitational field between said first and second internal states by separating them spatially in said local gravitational field; a step for spatially recombining said first and second internal states; a step of determining said interference phase shift of said internal states so as to determine said local gravitational field; characterized in that it further comprises the steps of: - a step of modifying and spatially separating said second internal state driving the atoms into a second resulting intermediate state (la> Zo + 1b> ZI) INp, where said first state la> Zo and said second state Ib> ZI are spatially separated from the distance 1zi-zol; an interrogation step during an interrogation time T, during which the atoms accumulate a phase shift (p leading the atoms into a third intermediate state (la> Zo + e "D 1b> Zl) /; spatial recombination of the atoms, leading to the establishment of a final wave packet in a fourth intermediate state: (la> Zo + e "D Ib> Zo) / N / 2; - a second step of transfer of said atoms placing them in a final state e "P / 2 (-i sin (cp / 2) la> Zo + cos ((p / 2) Ib> Zo); - the step of determining said interference phase shift of the internal states comprising a step of measuring the number of atoms in said first internal state 1a and the number of atoms in said second internal state 1b.

Selon une variante de l'invention, l'étape de superposition est réalisée par l'application d'une première impulsion dite rr/2, résonante avec la transition entre l'état a et l'état b, combinant un premier champ micro-onde et un champ radio-fréquence. s Selon une variante de l'invention, l'étape de modification de l'état b et de séparation spatiale est réalisée par l'application d'un second champ magnétique micro-onde, non résonant avec l'atome et en régime stationnaire. Selon une variante de l'invention, l'étape de recombinaison spatiale io est effectuée en coupant le second champ magnétique micro-onde. Selon une variante de l'invention, la seconde étape de transfert est réalisée par l'application d'une seconde impulsion résonante dite rr/2, combinant un champ micro-onde et un champ radio-fréquence. According to a variant of the invention, the superposition step is carried out by applying a first impulse known as rr / 2, resonant with the transition between the state a and the state b, combining a first micro-field. wave and a radio-frequency field. According to a variant of the invention, the step of modifying the state b and spatial separation is performed by the application of a second microwave magnetic field, non-resonant with the atom and steady state. According to a variant of the invention, the spatial recombination step is performed by cutting off the second microwave magnetic field. According to a variant of the invention, the second transfer step is performed by the application of a second resonant pulse called rr / 2, combining a microwave field and a radio frequency field.

ls Selon une variante de l'invention, l'étape de détermination dudit déphasage comprenant une étape de mesure par fluorescence, du nombre d'atomes se trouvant dans ledit premier état interne et du nombre d'atomes se trouvant dans ledit second état interne comprend les étapes suivantes : - l'application d'un faisceau électromagnétique résonant entre le 20 second état interne (état b) et un état supérieur dit de détection (état Y), puis la mesure de l'intensité de fluorescence lié au nombre d'atomes Nb se trouvant dans l'état b ; - l'application d'une impulsion de type rr entre le premier état interne et le second état interne, permettant de permuter les populations des états a 2s et b; - l'application d'un faisceau électromagnétique résonant entre le second état interne et l'état supérieur dit de détection, puis la mesure de l'intensité de fluorescence lié au nombre d'atomes Na initialement dans l'état a. 30 Selon une variante de l'invention, le procédé comprend en outre une étape d'optimisation de la valeur de la puissance du second champ micro-onde non résonant et en régime stationnaire appliqué lors de l'étape de modification et de séparation spatiale dudit second état interne, de manière à vérifier l'équation suivante : 35 a (M.g.s - Vo) / âP = 0 , avec M : la masse des atomes ; g : la pesanteur ; Vo : la différence d'énergie entre les potentiels de piégeage en zo et en zi, proportionnelle à la puissance micro-onde P ; s s : la différence de position spatiale. L'invention a aussi pour objet un gravimètre de type à ondes de matière permettant la mesure d'un champ local de gravitation, ledit gravimètre comprenant au moins : - une puce électronique comportant un plan de mesure ; lo - des moyens de génération, de capture et de refroidissement d'un nuage d'atomes ultra-froids et un piège à atomes permettant d'immobiliser le nuage d'atomes ultra-froids à une distance prédéterminée dudit plan de mesure ; le piège comportant d'une part au moins un premier fil ls conducteur principal intégré à ladite puce et d'autre part des moyens de génération d'un champ magnétique extérieur résultant en un minimum local de champ magnétique au voisinage de la puce ; - des moyens pour transférer des atomes dans une superposition à poids égaux d'un premier état électronique interne (état la» et d'un second 20 état électronique interne (état lb», conduisant chaque atome dans un premier état intermédiaire résultant (Ia>Zo + Ib>Zo) / 1/L, comportant l'application d'un champ micro-onde et d'un champ radiofréquence ; - des moyens de mesure optique du déphasage introduit sur le nuage atomique après recombinaison spatiale des atomes dans les premier 25 et second états internes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens pour séparer sous l'effet d'un second champ micro-onde non résonant et en régime stationnaire, qui modifie et décale spatialement le potentiel de piégeage d'un desdits premier ou second états internes ; 30 - des moyens pour recombiner spatialement des atomes dans les deux états internes, conduisant à l'établissement d'un paquet d'onde final dans un quatrième état intermédiaire :((Ia>Zo + e"P lb>zo) / N2) ; - des moyens pour transférer lesdits atomes, les plaçant dans un état final [e'q'i2(-i sin(cp/2)la>Zo + cos(cp/2)lb>zo)] ; - des moyens de détermination dudit déphasage par interférence des états internes comprenant une étape de mesure du nombre d'atomes se trouvant dans ledit premier état interne la> et du nombre d'atomes se trouvant dans ledit second état interne lb>. According to a variant of the invention, the step of determining said phase difference comprising a fluorescence measurement step, the number of atoms in said first internal state and the number of atoms in said second internal state comprises the following steps: the application of a resonant electromagnetic beam between the second internal state (state b) and a higher state called detection (state Y), then the measurement of the fluorescence intensity related to the number of atoms Nb in state b; - the application of a rr-type pulse between the first internal state and the second internal state, for permuting the populations of states a 2s and b; applying a resonant electromagnetic beam between the second internal state and the upper detection state, and then measuring the fluorescence intensity related to the number of Na atoms initially in the a state. According to a variant of the invention, the method further comprises a step of optimizing the value of the power of the second non-resonant microwave field and in stationary regime applied during the step of modification and spatial separation of said second internal state, so as to verify the following equation: 35 a (Mgs - Vo) / P = 0, with M: the mass of the atoms; g: gravity; Vo: the energy difference between the trapping potentials in zo and zi, proportional to the microwave power P; s s: the difference in spatial position. The subject of the invention is also a gravimeter of the material wave type making it possible to measure a local gravitational field, said gravimeter comprising at least: an electronic chip comprising a measurement plane; lo - means for generating, capturing and cooling a cloud of ultra-cold atoms and an atom trap for immobilizing the cloud of ultra-cold atoms at a predetermined distance from said measurement plane; the trap comprising on the one hand at least one first main conductor wire integrated in said chip and secondly means for generating an external magnetic field resulting in a local minimum magnetic field in the vicinity of the chip; means for transferring atoms in an equal weight superposition of a first internal electronic state (state la ") and a second internal electronic state (state lb" leading each atom into a first intermediate state resulting from (Ia> Zo + Ib> Zo) / 1 / L, comprising the application of a microwave field and a radiofrequency field; - means for optically measuring the phase shift introduced on the atomic cloud after spatial recombination of the atoms in the first 25 and second internal states, characterized in that it further comprises: - means for separating under the effect of a second non-resonant microwave field and stationary regime, which modifies and shifts spatially the trapping potential of one of said first or second internal states; means for spatially recombining atoms in the two internal states, leading to the establishment of a final wave packet in a fourth intermediate state: ((Ia> Zo + e "P lb> zo) / N2); means for transferring said atoms, placing them in a final state [éq'i2 (-i sin (cp / 2) la> Zo + cos (cp / 2) lb> zo)] ; means for determining said interfering phase shift of the internal states comprising a step of measuring the number of atoms in said first internal state 1a and the number of atoms in said second internal state 1b.

Selon une variante de l'invention, le champ micro-onde est généré par un guide d'onde coplanaire légèrement décentré par rapport au piège magnéto-statique créé par la puce atomique. Selon une variante de l'invention, les moyens de génération, de capture et de refroidissement du nuage d'atomes ultra-froids et le piège à io atomes permettant d'immobiliser le nuage d'atomes ultra-froids comportent une enceinte avec un ensemble de six faisceaux laser combinés à un gradient de champ magnétique généré par des bobines extérieures à ladite enceinte. 15 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - les figures la et lb illustrent un exemple de gravimètre selon l'invention ; 20 - la figure 2 schématisent les premières étapes du procédé de l'invention ; - les figures 3a et 313 illustrent l'évolution de la différence d'énergie entre les deux états internes induisant une fluctuation de la phase relative et la réjection de ces fluctuations selon l'invention ; 25 - la figure 4 illustre les potentiels appliqués selon l'art connu de l'article de Béhi et al, Nature Physics 5, 592-597 (2009) ; - la figure 5 illustre les potentiels liés aux champs appliqués selon l'invention. Nous allons ci-après décrire les phénomènes mis en jeu au cours de 30 la succession d'étapes pour effectuer la mesure du paramètre g, dans un gravimètre selon l'invention. Un exemple de gravimètre selon l'invention est illustré à ce titre en figures la et 1 b. Le gravimètre comprend une partie centrale avec une enceinte à vide 1 dont la paroi supérieure est constituée d'une puce 3 sur 35 laquelle sont déposés des fils conducteurs. Les atomes 2 pouvant typiquement être du rubidium 87, initialement en phase gazeuse à température ambiante dans la cellule, sont piégés et refroidis à l'aide de six faisceaux laser combinés à un gradient de champ magnétique généré par des bobines extérieures 4. Cette phase est appelée piège magnéto-optique s tridimensionnel (PMO 3D). Avantageusement, on peut choisir de maintenir cette cellule à un meilleur niveau de vide en chargeant le piège non pas à partir du gaz ambiant mais d'un faisceau atomique collimaté provenant, via un tube différentiel, d'un PMO bidimensionnel réalisé dans une enceinte contenant io une densité de gaz supérieure à celle du PMO 3D. Cette méthode présente deux avantages : d'une part, le temps de chargement du piège est accéléré, ce qui permet d'atteindre un taux de répétition de l'ordre du Hz plutôt que de la centaine de mHz ; d'autre part, les atomes restent piégés plus longtemps grâce au taux de gaz résiduel environnant réduit, ce qui autorise un temps ls d'interrogation plus long et donc une meilleure sensibilité. Une fois les atomes suffisamment froids, ils sont transférés dans un piège conservatif purement magnétique créé au voisinage de la puce dont certains fils sont traversés par des courants électriques. Ils sont alors séparés et recombinés magnétiquement ; la réalisation de cette lame 20 séparatrice, qui fait l'objet de l'invention, est décrite en détails ci-après. Le nuage atomique peut être détecté en imageant sur une caméra 5 l'ombre du nuage dans le profil d'un faisceau laser. Plus précisément, la figure la illustre un piège magnéto-optique tridimensionnel. Les faisceaux laser de refroidissement et piégeage sont 25 représentés par les flèches pleines Frefr- Une paire de faisceaux supplémentaire non représentée est utilisée, dans l'axe perpendiculaire au plan de la figure. La figure 1 b illustre le piège magnétique contenant un nuage ultra froid au voisinage de la puce couplée à une détection par imagerie. Le faisceau laser de détection Fp est représenté par une flèche 30 pleine. Selon l'invention, le champ micro-onde nécessaire peut être généré par un guide d'onde coplanaire 6 représenté en figure 2, à une fréquence pouvant typiquement être de 6.8 GHz, légèrement décentré par rapport au piège magnéto-statique créé par la puce atomique, ce qui peut permettre une distance de séparation s des atomes de l'ordre de plusieurs dizaines ou centaines de micromètres. According to a variant of the invention, the microwave field is generated by a coplanar waveguide slightly off-center with respect to the magnetostatic trap created by the atomic chip. According to a variant of the invention, the means for generating, capturing and cooling the cloud of ultra-cold atoms and the trap with 10 atoms making it possible to immobilize the cloud of ultra-cold atoms comprise an enclosure with a set of six laser beams combined with a magnetic field gradient generated by coils external to said enclosure. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the description which follows given by way of non-limiting example and by virtue of the appended figures in which: FIGS. 1a and 1b illustrate an example of a gravimeter according to the invention ; FIG. 2 schematizes the first steps of the method of the invention; FIGS. 3a and 313 illustrate the evolution of the energy difference between the two internal states inducing a fluctuation of the relative phase and the rejection of these fluctuations according to the invention; FIG. 4 illustrates the potentials applied according to the known art of the article by Behi et al., Nature Physics 5, 592-597 (2009); FIG. 5 illustrates the potentials related to the fields applied according to the invention. Hereinafter, we will describe the phenomena involved during the succession of steps to measure the parameter g, in a gravimeter according to the invention. An example gravimeter according to the invention is illustrated in this respect in FIGS. 1a and 1b. The gravimeter comprises a central portion with a vacuum chamber 1 whose upper wall consists of a chip 3 on which conductive wires are deposited. The atoms 2, which can typically be rubidium 87, initially in the gaseous phase at ambient temperature in the cell, are trapped and cooled using six laser beams combined with a magnetic field gradient generated by external coils 4. This phase is called a three-dimensional magneto-optical trap (3D PMO). Advantageously, one can choose to maintain this cell at a better vacuum level by charging the trap not from the ambient gas but from a collimated atomic beam coming, via a differential tube, from a two-dimensional PMO produced in an enclosure containing a gas density higher than that of the 3D PMO. This method has two advantages: on the one hand, the loading time of the trap is accelerated, which makes it possible to achieve a repetition rate of the order of the Hz rather than the hundred of MHz; on the other hand, the atoms remain trapped longer thanks to the reduced surrounding gas residual rate, which allows a longer interrogation time ls and therefore a better sensitivity. Once the atoms are cold enough, they are transferred to a purely magnetic conservative trap created in the vicinity of the chip, some of whose wires are crossed by electric currents. They are then separated and recombined magnetically; the production of this separating blade, which is the subject of the invention, is described in detail below. The atomic cloud can be detected by imaging on a camera the shadow of the cloud in the profile of a laser beam. More precisely, FIG. 1a illustrates a three-dimensional magneto-optical trap. The cooling and trapping laser beams are represented by the solid arrows. A further pair of beams (not shown) is used in the axis perpendicular to the plane of the figure. Figure 1b illustrates the magnetic trap containing an ultra-cold cloud in the vicinity of the chip coupled to an imaging detection. The detection laser beam Fp is represented by a full arrow. According to the invention, the necessary microwave field may be generated by a coplanar waveguide 6 shown in FIG. 2, at a frequency that may typically be 6.8 GHz, slightly off-center with respect to the magnetostatic trap created by the chip. atomic, which can allow a separation distance s atoms on the order of several tens or hundreds of microns.

Les différentes étapes mises en jeu sont illustrées notamment grâce s aux figures 2 et 3. The various steps involved are illustrated in particular by means of FIGS. 2 and 3.

Première étape (figure 2-1): Les atomes 2 sont refroidis pour être localisés dans un premier état interne : la>Zo, zo correspondant à une position selon la direction verticale io sensible à la gravité et sont représentés en figure 2, comme étant en position 21a>Zo, en regard de la courbe de potentiel présentant un minimum en position zo. Deuxième étape (figure 2-2): Avec l'application d'une impulsion dite rr/2 réalisée grâce à ls l'application d'un champ micro-onde et d'un champ radiofréquence, générant un couplage résonant entre deux états internes, représentés par deux atomes 21a>Zo et 21b>Zo, en position zo, on passe lesdits atomes refroidis simultanément dans deux états internes, conduisant à l'état suivant : (la> zo + Ib>Zo) / V2. Ainsi, les atomes sont tout d'abord placés, localement, dans une 20 superposition de deux états électroniques, appelés ci-après état interne a et état interne b, de l'atome, par une impulsion de courte durée combinant un champ micro-onde et un champ radio-fréquence (fréquence possible pour des atomes de $'Rb tel que décrit dans l'article de P. Bôhi et al : 6.8 GHz). First stage (FIG. 2-1): The atoms 2 are cooled to be located in a first internal state: the> Zo, zo corresponding to a position in the vertical direction io sensitive to gravity and are represented in FIG. in position 21a> Zo, opposite the potential curve having a minimum in position zo. Second step (FIG. 2-2): With the application of a so-called rr / 2 impulse realized by ls the application of a microwave field and a radiofrequency field, generating a resonant coupling between two internal states , represented by two atoms 21a> Zo and 21b> Zo, in position zo, said cooled atoms are passed simultaneously in two internal states, leading to the following state: (la> zo + Ib> Zo) / V2. Thus, the atoms are first placed, locally, in a superposition of two electronic states, hereinafter referred to as internal state a and internal state b, of the atom, by a short-duration pulse combining a micro-field. wave and a radio-frequency field (possible frequency for $ Rb atoms as described in the article by P. Bôhi et al: 6.8 GHz).

25 Troisième étape : Etape de séparation (fiqure 2-3) Avec l'application d'un champ supplémentaire micro-onde non résonant en régime stationnaire, qui est vu par les atomes comme une modification du potentiel de piégeage, on sépare spatialement les atomes dans le second état interne, obtenant ainsi un état résultant : (la> zo + Ib>Zl) / 30 V2 , zi correspondant à une position différente de la position zo selon l'axe z. Les atomes sont ainsi représentés 21a>Zo et 21b>Zl. Il y un décalage selon l'axe z de la courbe de potentiel pour l'état b. Les atomes sont séparés sous l'effet d'un champ micro-onde non résonant et en régime stationnaire de puissance P, qui modifie et décale spatialement le potentiel de piégeage d'un 35 des ces deux états internes (par exemple l'état b) par rapport à l'autre. I Quatrième étape : On attend un temps d'interrogation T, durant lequel les atomes accumulent un déphasage y, conduisant à un état : (la> Zo + Ib>ZI e"') / V2, la contribution de g à ce déphasage étant donnée par Mg (z, - zo )T . Third step: Separation step (FIG. 2-3) With the application of a non-resonant microwave supplementary field in stationary regime, which is seen by the atoms as a modification of the trapping potential, the atoms are spatially separated. in the second internal state, thereby obtaining a resultant state: (la> zo + Ib> Zl) / V2, zi corresponding to a position different from the position zo along the z axis. The atoms are thus represented 21a> Zo and 21b> Zl. There is an offset along the z axis of the potential curve for the state b. The atoms are separated under the effect of a non-resonant microwave field and stationary regime of power P, which modifies and spatially shifts the trapping potential of one of these two internal states (for example the state b ) relative to each other. Fourth step: An interrogation time T is expected, during which the atoms accumulate a phase shift γ, leading to a state: (la> Zo + Ib> ZI e "') / V2, the contribution of g to this phase shift being given by Mg (z, - zo) T.

Cinquième étape : On coupe le champ de séparation introduit à la troisième étape. Cette étape correspond à une étape de recombinaison conduisant à l'établissement d'un cinquième état : (la> Zo + Ib>Zo e"P) / N2 Sixième étape : On procède enfin à une impulsion dite rr/2 pour réaliser la seconde étape de transfert, par application à nouveau d'un champ micro-onde et d'un champ radio-fréquence, conduisant à un sixième état : ly>> = e'q'i2 [ -isiny/2 la> Zo +cos y/2 lb> Zo ] Septième étape : Cette étape correspond à la détection. On procède au comptage des atomes dans l'état interne a et dans l'état interne b. La probabilité de trouver les atomes dans l'état a est : Pa = 1 <aly>I 2 = sine y/2 La probabilité de trouver des atomes dans l'état b est : Pb = 1 <bly>I 2 = cos2 y/2 Le nombre moyen d'atomes refroidis dans l'état a , Na vérifie l'équation : Na = N.Pa avec N le nombre total d'atomes refroidis Le nombre d'atome refroidis dans l'état b, Nb vérifie l'équation : Nb = N.Pbavec N = Na + Nb. Le déphasage cp étant égal à 2Artg (Na/Nb), connaissant les nombres Na et Nb, on est ainsi en mesure de déterminer ledit déphasage et par là même la valeur du paramètre de gravité g. Fifth step: The separation field introduced in the third step is cut. This step corresponds to a recombination step leading to the establishment of a fifth state: (la> Zo + Ib> Zo e "P) / N2 Sixth step: Finally we proceed to a pulse called rr / 2 to achieve the second transfer step, by applying again a microwave field and a radio-frequency field, leading to a sixth state: ly >> = éq'i2 [-isiny / 2 la> Zo + cos y / 2 lbs> Zo] Seventh step: This step corresponds to the detection We proceed to the counting of the atoms in the internal state a and in the internal state b The probability of finding the atoms in the state a is: Pa = 1 <aly> I 2 = sine y / 2 The probability of finding atoms in state b is: Pb = 1 <bly> I 2 = cos2 y / 2 The average number of atoms cooled in state a , Na verifies the equation: Na = N.Pa with N the total number of cooled atoms The number of cooled atoms in the state b, Nb satisfies the equation: Nb = N.Pb with N = Na + Nb. The phase shift cp being equal to 2Artg (Na / N b), knowing the numbers Na and Nb, it is thus possible to determine said phase shift and hence the value of the gravity parameter g.

Néanmoins dans la variante du procédé de l'invention précédemment décrit, demeure la question de la stabilité du signal mesuré : celle-ci est a priori directement limitée par la stabilité en puissance de la source micro-onde utilisée pour la séparation. En effet la distance de séparation s est déterminée par la puissance micro-onde injectée dans le guide d'onde coplanaire, dont les fluctuations se reportent directement sur la phase acquise sous l'effet de la gravité 0çl) g (voir l'équation 1). However, in the variant of the method of the invention described above, there remains the question of the stability of the measured signal: it is a priori directly limited by the power stability of the microwave source used for the separation. In fact, the separation distance s is determined by the microwave power injected into the coplanar waveguide, the fluctuations of which are directly related to the phase acquired under the effect of the gravity 0c1) g (see equation 1 ).

Le gravimètre selon l'invention se propose de s'affranchir de ce bruit, en utilisant un mode de fonctionnement particulier et original dans lequel les fluctuations de la phase 0cl> g liée à la distance de séparation sont naturellement compensées par celles d'un autre déphasage dépendant lui aussi de la puissance microonde, Atl) v. The gravimeter according to the invention proposes to overcome this noise, by using a particular and original operating mode in which the fluctuations of the phase 0c1> g related to the separation distance are naturally compensated by those of another phase shift also dependent on the microwave power, Atl) v.

Le potentiel de piégeage de l'état b sous l'effet du champ micro-onde 10 est en effet non seulement décalé spatialement d'une distance s mais également décalé en énergie d'une valeur Vo = kP proportionnelle à la puissance micro-onde P injectée dans le guide d'onde (k étant une constante pouvant être positive ou négative). The trapping potential of the state b under the effect of the microwave field 10 is indeed not only spatially shifted by a distance s but also shifted in energy by a value Vo = kP proportional to the microwave power P injected into the waveguide (k being a constant that can be positive or negative).

La phase relative totale peut donc s'écrire comme : 15 O(D =O~g+=(Mgs-Vo)T . The total relative phase can therefore be written as: O (D = O ~ g + = (Mgs-Vo) T.

Le principe de l'invention est, pour une valeur de g donnée à un certain niveau de précision (moins bon que celui ciblé par le présent procédé The principle of the invention is, for a value of g given at a certain level of precision (less good than that targeted by the present process

de l'invention), de rendre aussi petites que possible les fluctuations de la quantité Mgs-Vo par rapport à p, afin de permettre des mesures de g plus 20 précises que le taux de stabilité de la puissance P et que le niveau de précision initialement considéré. of the invention), to make as small as possible the fluctuations of the quantity Mgs-Vo relative to p, in order to allow measurements of g more accurate than the rate of stability of the power P and that the level of precision initially considered.

Ainsi selon cette variante optimisée de l'invention, on utilise la même méthode de séparation que celle précédemment décrite, avec de surcroît la relation suivante vérifiée : a(Mgs - Vo 25 aP = 0 (équation 2). Thus, according to this optimized variant of the invention, the same separation method as previously described is used, with in addition the following verified relation: a (Mgs-Vo 25 aP = 0 (equation 2)).

Par exemple si g est connu à 10"4 à l'aide d'une mesure précédente et si la puissance P est stabilisée à 10-4 en valeur relative, le fait de vérifier la relation ci-dessus permet (en supposant tous les autres paramètres constants) de mesurer des variations de g de l'ordre de quelques 10-$ (au For example if g is known at 10 "4 using a previous measurement and if the power P is stabilized at 10-4 in relative value, checking the relation above allows (assuming all the others constant parameters) to measure variations of g on the order of some 10-

30 lieu de quelques 10"4 si la relation ci-dessus n'est pas satisfaite). 30 instead of a few 10 "4 if the above relationship is not satisfied).

La figure 3a illustre à cet effet l'évolution de la différence d'énergie entre les états a et b. La phase relative accumulée est proportionnelle à l'aire entre les deux courbes. Des fluctuations non corrélées sur chaque bras induisent une fluctuation de la phase relative. La figure 3b illustre en parallèle, la réjection selon l'invention des fluctuations liées aux variations de la puissance microonde. s La demanderesse décrit ci-après comment il est possible de relier les paramètres des champs électromagnétiques appliqués aux atomes refroidis à la géométrie du dispositif. Les deux états internes sont, comme décrits dans l'article de P. Bôhi et al., soumis à des potentiels de piégeage différents, ce qui va permettre io leur séparation. En première approximation, on suppose que le potentiel de piégeage du premier état interne est parabolique (courbe 4a), et que le potentiel de piégeage du deuxième état interne est la somme du piège parabolique précédent et du potentiel micro-onde décalé de 12 pm, assimilé à une ls lorentzienne (courbe 4b). Ces deux potentiels sont représentés sur la figure 4, qui sont une approximation du résultat des simulations numériques présentées dans l'article de Bôhi et al. Les paramètres suivants ont été utilisés pour cette modélisation : _ aP i+ y 2 E 1+(z/ z +,Q~g g~ 20 où le premier terme du membre de droite correspond au champ micro-onde et le deuxième terme au champ de piégeage magnéto-statique, et où les paramètres suivants ont été utilisés : aP=60 (unité : h.kHz), ,Q=2 (unité : h.kHz), 8=10 (unité : micromètres) et y =-12 (unité : micromètres). 25 En calculant la dérivée de l'expression ci-dessus par rapport à z, on peut montrer qu'une première approximation de la distance entre les deux paquets d'onde s'écrit : X1/4 = - Z d'où l'on déduit : aP 4P - . S \ fi) Comme on a par ailleurs le potentiel micro-onde qui dépend 30 linéairement de la puissance micro-onde selon une relation du type Vo = kP , la relation (1) se réécrit : Mgs -k=0. 4P De l'article de Béhi et al, on extrait les paramètres suivants : k (1.7 kHz)/(120 mW) -- 14.1 Hz/mW et s/P - 50 nm/mW. Comme on a par ailleurs M = 1.4 10"25 kg et g = 9.81 m/sz, on obtient finalement Mgs/(4P) - 103 Hz/mW. For this purpose, FIG. 3a illustrates the evolution of the energy difference between states a and b. The accumulated relative phase is proportional to the area between the two curves. Uncorrelated fluctuations on each arm induce a fluctuation of the relative phase. FIG. 3b illustrates, in parallel, the rejection according to the invention of the fluctuations related to the variations of the microwave power. The applicant describes below how it is possible to connect the parameters of the electromagnetic fields applied to the cooled atoms to the geometry of the device. The two internal states are, as described in the article by P. Bôhi et al., Subjected to different trapping potentials, which will allow their separation. As a first approximation, it is assumed that the trapping potential of the first internal state is parabolic (curve 4a), and that the trapping potential of the second internal state is the sum of the preceding parabolic trap and the shifted microwave potential of 12 μm. assimilated to an lorentzian ls (curve 4b). These two potentials are represented in FIG. 4, which are an approximation of the result of the numerical simulations presented in the article by Bôhi et al. The following parameters were used for this modeling: _ aP i + y 2 E 1+ (z / z +, Q ~ gg ~ 20 where the first term of the right-hand member corresponds to the microwave field and the second term to the field of trapping magneto-static, and where the following parameters were used: aP = 60 (unit: h.kHz),, Q = 2 (unit: h.kHz), 8 = 10 (unit: micrometers) and y = -12 (unit: micrometers) By calculating the derivative of the above expression with respect to z, it can be shown that a first approximation of the distance between the two wave packets is written: X1 / 4 = - Z from which we deduce: aP 4P -. S \ fi) Since we also have the microwave potential which depends linearly on the microwave power in a relation of the type Vo = kP, the relation (1 ) is rewritten: Mgs -k = 0. 4P From the Behi et al article, the following parameters are extracted: k (1.7 kHz) / (120 mW) - 14.1 Hz / mW and s / P - 50 nm / mW. Since M = 1.4 10 -25 kg and g = 9.81 m / sz, Mgs / (4P) - 103 Hz / mW is finally obtained.

Ainsi, il est nécessaire d'augmenter la puissance P d'un facteur de l'ordre de (103/14.1)4/3- 14.2 pour se placer dans une configuration susceptible de remplir la relation (2). C'est ce que la demanderesse a simulé sur la figure 5, où l'on montre une configuration réaliste de potentiel pour un gravimètre selon io l'invention (courbe 5b, la courbe 5a rappelant le potentiel de piégeage du premier état interne). La puissance à injecter dans le guide d'onde coplanaire est alors de l'ordre de 1.7 W. Il est à noter que ceci ne constitue qu'un calcul approché montrant la faisabilité d'un gravimètre selon l'invention. Dans le cadre d'une réalisation 15 pratique, une façon commode d'optimiser les différents paramètres (et notamment le confinement du piège magnéto-statique )3) pourra consister à moduler la puissance micro-onde afin d'obtenir le minimum de sensibilité sur la phase liée à cette modulation. Avantageusement, une telle recalibration peut être effectuée 20 automatiquement à intervalles réguliers via l'électronique de contrôle du capteur. Thus, it is necessary to increase the power P by a factor of the order of (103 / 14.1) 4 / 3- 14.2 to be placed in a configuration that can fulfill the relationship (2). This is what the Applicant has simulated in FIG. 5, which shows a realistic configuration of potential for a gravimeter according to the invention (curve 5b, the curve 5a recalling the trapping potential of the first internal state). The power to be injected into the coplanar waveguide is then of the order of 1.7 W. It should be noted that this constitutes only an approximate calculation showing the feasibility of a gravimeter according to the invention. In the context of a practical embodiment, a convenient way to optimize the various parameters (and in particular the confinement of the magnetostatic trap) 3) may be to modulate the microwave power in order to obtain the minimum sensitivity on the phase related to this modulation. Advantageously, such recalibration can be performed automatically at regular intervals via the sensor control electronics.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of measuring a local gravitational field, by atomic interferometry, said method comprising: a step of cooling and trapping ultra-cold atoms making it possible to have a set of atoms in a first internal electronic state the>, in an initial spatial position zo; a first step of transferring the atoms in a superposition with equal weights of said first internal electronic state 1a and said second internal electronic state 1b, leading each atom into a first intermediate state resulting (la> Zo + Ib> Zo) / ; a step for creating a phase shift related to said local gravitational field between said first and second internal states by separating them spatially in said local gravitational field; a step for spatially recombining said first and second internal states; a step of determining said interference phase shift of said internal states so as to determine said local gravitational field; characterized in that it further comprises the steps of: - a step of modifying and spatially separating said second internal state driving the atoms into a second resulting intermediate state (la> Zo + Ib> ZI) / N2, wherein said first internal state la> Zo and said second internal state Ib> ZI are spatially separated from the distance Izi-zoI; an interrogation step during an interrogation time T, during which the atoms accumulate a phase shift cp leading the atoms into a third intermediate state (Ia> Zo + e "D Ib> ZI) /; - a spatial recombination step atoms, leading to the establishment of a final wave packet in a fourth intermediate state: (la> Zo + e "° ib> Zo) / V2; A second step of transferring said atoms, placing them in a final state ei (-i sin ((p / 2) Ia> Zo + cos (cp / 2) Ib> Zo); - the step of determining said phase shift by interference of the internal states comprising a step of measuring the number of atoms in said first internal state> and the number of atoms in said second internal state lb>.

2. A method for measuring a local gravitational field according to claim 1, characterized in that the superposition step is performed by applying a first pulse called rr / 2, resonant with the atom, and combining a first microwave field and a radio frequency field.

3. Method for measuring a local gravitational field according to claim 2, characterized in that the spatial modification and separation step is performed by applying a second non-resonant microwave magnetic field and steady state.

4. A method of measuring a local gravitational field according to one of claims 2 or 3, characterized in that the spatial recombination step is performed by cutting the second microwave magnetic field.

5. A method for measuring a local gravitational field according to one of claims 2 to 4, characterized in that the second transfer step 20 is performed by the application of a second pulse called rr / 2, resonant, and combining a microwave field and a radio frequency field.

6. Method for measuring a local gravitational field according to claim 5, characterized in that the step of determining said phase shift comprising a fluorescence measurement step, the number of atoms in said first internal state and the number of atoms in said second internal state comprises the following steps: the application of a resonant electromagnetic beam between the second internal state (state b) and a higher state called detection (state Y), then measuring the fluorescence intensity related to the number of Nb atoms in the internal state b; the application of a rr-type pulse between the first internal state and the second internal state, permuting the populations of the states a and b, the application of a resonant electromagnetic beam between the second internal state and the second state; said upper state of detection, then the measurement of the fluorescence intensity related to the number of Na atoms initially in the state a. s

7. A method of measuring a local gravitational field according to one of claims 1 to 6, characterized in that it further comprises a step of optimizing the value of the power of the first microwave field applied when the step of modifying and spatially separating said second internal state, so as to verify the following equation: ((Mgs-Vo) / PP = 0, with M: the mass of the atoms; g: gravity; Vo: the energy difference between the trapping potentials in zo and ls zi, proportional to the microwave power P; s: the difference in spatial position.

8. Gravimeter of the material wave type for measuring a local gravitational field, said gravimeter comprising at least: an electronic chip comprising a measuring plane; means for generating, capturing and cooling a cloud of ultra-cold atoms and an atom trap for immobilizing the cloud of ultra-cold atoms at a predetermined distance from said measurement plane; The trap comprising, on the one hand, at least a first main conducting wire integrated in said chip and, on the other hand, means for generating an external magnetic field resulting in a local minimum of a magnetic field in the vicinity of the chip; means for transferring atoms in an equal weighted superposition in a first internal electronic state (state 1a) and in a second internal electronic state (state 1b ", leading each atom into a first intermediate state resulting from (Zo +) 1b> Zo) / comprising the application of a microwave field and a radiofrequency field; - means for optically measuring the phase difference introduced into the atomic cloud after spatial recombination of the atoms in the first and second internal states, characterized in that it further comprises: means for separating, under the effect of a second non-resonant microwave field and in a stationary regime which modifies and shifts spatially, the trapping potential of one of said first or second states internal means - means for spatially recombining atoms in the two internal states, leading to the establishment of a final wave packet 10 in a fourth intermediate state: ((la> Zo + e "P Ib> Zo) / N2); - means for transferring said atoms, placing them in a final state [eie (-i sin ((p / 2) la> Zo + cos (cp / 2) Ib> Zo)); means for determining said interference phase shift of the internal states comprising a step of measuring the number of atoms in said first internal state 1a and the number of atoms in said second internal state 1b.

9. gravimeter, of the material wave type according to claim 8, characterized in that the microwave field is generated by a coplanar waveguide 20 slightly off-center with respect to the magnetostatic trap created by the atomic chip.

10. Gravimeter according to one of claims 8 or 9, characterized in that the means for generating, capturing and cooling a cloud of ultra-cold atoms and the atom trap for immobilizing the cloud of light. ultra-cold atoms comprise a vacuum chamber with a set of six laser beams combined with a magnetic field gradient generated by coils external to said enclosure. 30