Mesures Fondamentales

Mesures Fondamentales

Cette activité regroupe plusieurs thématiques: manipulation de molécules froides, étude de l’antimatière avec des collaboration au CERN, et mesure du moment dipôlaire électrique de l’électron

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L’expérience porte sur le refroidissement des degrés de liberté internes et externes d’un aisceau de BaF. Les réalisations et les perspectives convergent vers l’objectif de l’obtention d’un échantillon froid de molécules. Il s’agit ici d’optimiser le nombre de molécules et de contrôler leur mouvement pour, à moyen et long terme, réaliser des mesures de précision (qui pourront être facilitées par l’installation d’un peigne de fréquence et l’arrivée du signal de référence REFIMEVE, cf le projet CPER Comb’IdF porté par le LAC) sur les effets de violation P et CP pour lesquels la molécule de BaF présente notoirement une bonne sensibilité (dipôle de l’électron ou effets de violation de parité dans le noyau).

Suite à l’installation du décélérateur électrostatique, l’étape immédiate suivante de l’expérience consistera à étudier la neutralisation, i.e. à la capture d’électron par les ions BaF+ . Pour cela, un jet d’atomes de césium promus dans un état de Rydberg (Cs* ) fournira une source d’électrons froids.
L’étude des interactions BaF+ /Cs* sera au centre de notre travail à partir de septembre 2021 : il s’agira de comprendre le mécanisme et l’efficacité du transfert de charge, et d’identifier dans quels états finaux BaF se neutralise. Enfin, nous avons aussi l’intention d’utiliser un intermédiaire ionique négatif BaF– , plus exactement un anion dipolaire, pour lequel la formation et la neutralisation requerront des études spécifiques qui démarreront en 2022.

Pour ces travaux en cours et à venir, nous allons développer de nouveaux outils d’analyse (en particulier une imagerie des vitesses ‐VMI) pour lesquels nous solliciterons le LAC Tech’ (électronique et mécanique). En outre, nous envisageons de nos équiper d’un laser pulsé de finesse spectrale optimisée (limite Fourier) ; il s’agit d’un laser « maison » qui a déjà été réalisé deux fois (dont une fois par D. Comparat) pour des expériences externes au LAC. Son montage pourra bénéficier notamment des connaissances de C. Siour et des améliorations de sa plage de balayage pourront être apportées par le service électronique.

Enfin, nous projetons de faire des demandes de financement essentiellement axées sur le recrutement de doctorant et post‐doctorant ; éventuellement une demande de matériel sera nécessaire s’il nous est profitable de basculer d’un jet supersonique à un jet cryogénique.

L’activité dans le secteur de l’antimatière s’est effectué dans le cadre de la collaboration AEgIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy) du CERN et se poursuit via plusieurs collaborations:

1 – Avec Antoine Camper et des collègues norvégiens autour du refroidissement du Ps et de l’antihydrogène avec la construction de lasers (de longueur d’onde 121 nm et 243 nm) nanosecondes incohérents ou picosecondes cohérents (article théorique en cours)

2 – Avec le groupe de Chloé Malbrunot au CERN concernant la démonstration de la désexcitation stimulée par laser d’atomes d’hydrogène puis d’antihydrogène depuis leurs états de Rydberg, ainsi que sur l’amélioration du piégeage et du refroidissement en particulier avec un laser pulsé injecté fabriqué au LAC

Towards an Electric Dipole Moment (EDM)

with atoms and molecules in Matrix (EDMMA)

L’existence d’un moment dipolaire permanent de l’électron réveillerai l’existence d’une nouvelle physique au delà du modèle standard de la physique des particules. C’est donc un expérience fascinante de table qui permettrait d’en apprendre plus sur les symétries fondamentales de la physique. Notre projet se base sur des mesures précises de l’électron de valence de l’atome de césium. Afin d’avoir à notre disposition de grandes quantités d’atomes nous avons initié le projet EDM en matrice (EDMMA) qui piège les atomes dans des matrices cryogéniques de gaz rares. Nous avons obtenu un financement ANR de 48 mois avec le consortium LAC/ISMO/LPL/CIMAP. L’expérience a démarré en août 2021 avec la livraison du cryostat réalisé par http://www.mycryofirm.com/. Le projet EDMMA se divise en deux phases:

1 – Dans les 2 premières années nous optimiserons les systèmes pour obtenir un grand nombre de particules, polarisables par voie optique et avec de longs temps de cohérence (pour optimiser la mesure de la perturbation en énergie : ‐d .E). Cela s’effectuera grâce à des interactions en va‐et‐vient entre les expérimentateurs (Cs dans parahydrogène à ISMO, Cs dans Ar au LAC) et les théoriciens experts en simulations et dynamique des sites de piégeage (CIMAP). Les mesures de cohérence seront réalisées et optimisées grâce à l’implication du LPL qui apportera également son expertise en matière de mesures spectroscopiques ultra‐précises et de métrologie en environnement cryogénique. Un des buts importants de cette première étape sera de bien comprendre les sites de piégeage des atomes de Cs dans les matrices d’Ar ou de parahydrogène pour estimer les effets du champ cristallin sur les manipulations optiques ou sur la production d’éventuels effets systématiques.

2 – Ensuite, dans la deuxième étape, dans une installation améliorée (blindée magnétiquement notamment) au LAC, nous étudierons les limites et les performances de nombreux diagnostics possibles requis pour une mesure EDM en utilisant la magnétométrie et la spectroscopie avec une étude attentive des effets systématiques. Le but ultime est de fixer des limites pour les premières tentatives de mesure EDM.