La lumière laser permet, on l’a vu, de ralentir et refroidir des atomes. En fait, il faut aussi réussir à garder les atomes froids suffisamment longtemps au même endroit. Or le ralentissement et le refroidissement, à eux seuls, ne remplissent pas cette fonction. En effet, la force de friction subie par un atome dans une mélasse optique n’est qu’une force moyenne ; à cause de ses fluctuations (dues aux absorptions et émissions successives de photons), chaque atome effectue un mouvement erratique et finit par s’échapper de la mélasse optique au bout de quelques secondes, durée souvent trop courte pour beaucoup d’expériences.

Pour allonger le temps de confinement des atomes, il a donc fallu inventer des méthodes de piégeage. Une idée, proposée en 1986 au Laboratoire Kastler Brossel, est d’ajouter à la mélasse optique un champ magnétique inhomogène. Un tel champ a pour effet de déplacer les niveaux d’énergie atomiques et, s’il est bien choisi, permet de modifier l’absorption de photons laser par les atomes en fonction de leur position. Plus précisément, on place de part et d’autre du centre de la mélasse deux bobines, parcourues par des courants électriques de sens opposés :

Ces bobines créent un gradient de champ magnétique : le champ est nul au centre de la mélasse, son intensité croît lorsqu’on s’écarte du centre, et les champs en deux points symétriques ont des sens opposés. Pour un atome écarté du centre, un tel champ magnétique fait apparaître un déséquilibre entre les pressions de radiation exercées par les faisceaux laser (ceux-ci étant convenablement polarisés). Il en résulte une force de rappel qui ramène les atomes vers le centre de la mélasse optique. Avec de tels pièges magnéto-optiques, dont le premier a été réalisé en 1987 par une équipe américaine (collaboration MIT-Bell Labs), on arrive à confiner des milliards d’atomes et ce pendant plusieurs minutes.

Une autre méthode de piégeage consiste à utiliser les « déplacements lumineux », c’est-à-dire la modification des niveaux d’énergie atomiques par un champ lumineux (voir le refroidissement Sisyphe plus haut). Un faisceau laser relativement intense est focalisé au centre de l’enceinte à vide, la fréquence lumineuse étant choisie notablement inférieure à la fréquence de résonance atomique. Les déplacements lumineux produits par le laser forment alors un puits de potentiel pour les atomes refroidis, qui viennent s’accumuler au voisinage du foyer lumineux.

Signalons au passage qu’en combinant plusieurs faisceaux laser de piégeage, on peut obtenir, par interférence, une onde lumineuse stationnaire, ce qui correspond à un champ lumineux périodique dans l’espace. On peut ainsi former un réseau de puits de potentiel régulièrement espacés dans lesquels les atomes viennent se ranger, un peu comme des œufs dans des boîtes à œufs.