• ac Stark shift
• light shift
• Rydberg atoms

When an atom interacts with electromagnetic radiation, its energy levels shift; this
phenomenon is known as the AC Stark shift, or light shift, and it plays a significant role
whenever one wants to manipulate the internal state of atoms trapped in optical traps.
This thesis presents experimental measurements of the light shift of the ground state
of 87Rb atoms, carried out by exciting the atoms from the ground state to the Rydberg
state 70S1/2 through a two-photon absorption process and subsequently ionizing them.
Rubidium atoms are cooled and trapped in a magneto-optical trap, or MOT, and then
transferred into a dipole trap, consisting of a focused, red-detuned Gaussian beam,
with a waist of 5 micrometers. Once in the trap, the energy of the atoms’ ground state
decreases due to the interaction with the electromagnetic field of the dipole trap laser
beam. Through the variation of the laser frequencies required to excite atoms to the
Rydberg state, this shift is then measured. Also, using both photionization and field-
ionization techniques we characterize the modifications in the absorption spectrum of
an atomic sample in a MOT induced by the presence of the dipole trap beam. The
results are compared with the expected theoretical values, and any discrepancies are
discussed.


Quando un atomo interagisce con la radiazione elettromagnetica, i suoi livelli energetici subiscono uno shift; questo fenomeno è noto come AC Stark shift, o light shift, e gioca un ruolo cruciale ogni volta che si desidera manipolare lo stato interno degli atomi intrappolati in trappole ottiche. Questa tesi riporta misure sperimentali del light shift dello stato fondamentale degli atomi di 87Rb, effettuate eccitando gli atomi dallo stato fondamentale allo stato di Rydberg 70S1/2 attraverso un processo di assorbimento a due fotoni e successivamente ionizzandoli. Gli atomi di rubidio vengono raffreddati e intrappolati in una trappola magneto-ottica, o MOT, per poi essere trasferiti in una trappola dipolare, composta da un fascio gaussiano rosso, fuori risonanza e focalizzato, con un raggio di 5 micron. Una volta nella trappola, l'energia dello stato fondamentale degli atomi diminuisce a causa dell'interazione con il campo elettromagnetico del fascio laser di trappola dipolare. Questo spostamento viene quindi misurato attraverso la variazione delle frequenze del laser necessarie per eccitare gli atomi allo stato di Rydberg. Inoltre, utilizzando tecniche di fotoionizzazione e field-ionization, caratterizziamo le modifiche dello spettro di assorbimento di un campione atomico in una MOT indotte dalla presenza del fascio di trappola dipolare. I risultati sono confrontati con i valori teorici attesi e ne vengono discusse le discrepanze.