Stages  | Offre de stage  | mercredi 18 novembre 2015
Page modifiée le mardi 10 janvier 2017
Offre de stage
Mise en ligne le mercredi 18 novembre 2015

Contexte
Au cours de ce stage, l’étudiant participera au développement de nouvelles technologies de pointe pour l’étude de molécules polyatomiques à un niveau de précision encore jamais atteint. Ces développements sont à l’avant-garde de la recherche sur les molécules froides et du domaine des mesures spectroscopiques de précision et ouvrent la voie à la réalisation de tests de physique fondamentale et à l’exploration des limites du modèle standard. Comparés aux atomes, les systèmes moléculaires, de part leurs nombreux degrés de liberté, ouvrent de nombreuses perspectives pour l’amélioration des tests de physique fondamentale et les mesures de précision en général. Les molécules sont actuellement ou ont été récemment utilisées pour tester des symétries fondamentales, mesurer des constantes fondamentales ou leur possible variation temporelle. La plupart de ces expériences se ramènent à des mesures de fréquences moléculaires, démontrant ainsi l’importance de la métrologie des fréquences. De plus elles nécessitent des techniques de manipulations avancées telles que celles aujourd’hui disponibles en physique atomique, comme la possibilité d’améliorer le taux de détection ou le temps de cohérence par refroidissement des degrés de liberté externes et internes. Les développements instrumentaux auxquels participera l’étudiant constituent des étapes importantes pour la mise en place des ces techniques pour diverses espèces, allants des molécules diatomiques aux molécules polyatomiques complexes.
Ces outils seront directement utiles pour les mesures spectroscopiques de précision autour de 10 µm en cours ou à venir dans notre équipe, notamment pour un test de la symétrie droite-gauche (parité) dans les molécules chirales, ou bien pour la mesure de la possible variation temporelle de la constante fondamentale me/mp, le rapport des masses de l’électron et du proton. Notre approche est celle du domaine de la métrologie « temps-fréquence ». Nous développons une horloge moléculaire, c’est-à-dire une expérience de spectroscopie laser de précision dans l’infrarouge moyen (longueur d’onde ~10 µm). Pour cela, nous prévoyons de sonder des jets lents et intenses de molécules froides à l’aide d’une technique d’optique quantique appelée interférométrie de Ramsey.


Objectifs du stage
L’étudiant participera aux développements instrumentaux indispensables à la construction d’une telle horloge moléculaire. En fonction de ses goûts et de l’état d’avancement du projet, il travaillera en priorité sur l’un des aspects suivants :

  • mise en œuvre de nouvelles sources lasers appelées lasers à cascade quantique (QCL) et de l‘instrumentation nécessaire au contrôle de leur fréquence à un niveau métrologique. Cette technologie émergente permettra d’étudier n’importe quelle molécule ayant une raie d’absorption entre 3 et 25 µm.
  • mise en œuvre d’un détecteur de haute sensibilité de populations d’états quantiques moléculaires individuels ; le principe repose sur la manipulation des niveaux rotationnels avec des champs micro-ondes.
  • participation au développement d’une source de molécules froides, issues d’une cellule cryogénique, en collaboration avec une équipe de l’Imperial College London. Si le temps le permet, l’instrumentation développée au cours du stage sera mise à profit pour des expériences de spectroscopie de précision. L’étudiant sera encadré par un chercheur et un maître de conférences travaillant sur le dispositif.


Méthodes, techniques, mots-clés : physique moléculaire, physique quantique, optique et lasers, molécules froides, mesures spectroscopiques de précision, métrologie des fréquences, techniques du vide, électronique, jets moléculaires, détection faibles signaux (modulation d’amplitude et de fréquence).


Contact : Benoît Darquié

Mesures de précision et tests la physique fondamentale avec des molécules froides



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