Towards High Precision Spectroscopy of Hydrogen Molecular Ions H2+ and HD+ : theory and experiment

par Vu Tran

Thèse de doctorat en Physique quantique

Sous la direction de Laurent Hilico.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Vers la spectroscopie à haute résolution des ions moléculaires H2+ et HD+ : théorie et expériences


  • Résumé

    This thesis is devoted to the theoretical and experimental study of high precision spectroscopy in the hydrogen molecular ion H+2 and HD+. The main objective of these researches is to provide a stringent test of molecular quantum electrodynamics (QED) calculations, and obtain an improved determination of the ratio of the proton and electron masses mp~me. After a general introduction in chapter 1, the chapter 2 of this thesis explains how to produce state-selected H2+ ions using resonance-enhanced multiphoton ionization (REMPI) method and describes the designs of a new ion source. The theoretical calculations show that at least 87% of the ions H2+ produced by (3+1) REMPI method via intermediate C1piu v=0;L=2 of H2 are in the rovibrational state v=0;L+=2. This new ion source is very important to increase the signal-to-noise ratio in H2+ spectroscopy. The experimental part describes the setup of a new laser system at 303 nm to perform the photoionization, and the design of a system to transfer H2+ ions into a linear Paul trap. Chapter 3 of thesis is a theoretical study of the feasibility of quasi-degenerate twophoton spectroscopy of HD+ ion in the Lamb-Dicke regime. This work provides a new method to overcome the Doppler-broadening that occurs in single-photon spectroscopy. With the proposed method, the first-order Doppler shift is completely suppressed and an accuracy level at 10?14 is possible.


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et expérimentale de la spectroscopie à haute résolution des ions hydrogène moléculaire H2+ et HD+. L'objectif principale de ces recherches est de tester les calculs d'électrodynamique quantique (QED) dans le domaine moléculaire, et d'obtenir une nouvelle détermination du rapport des masses du proton et de l'électron mp/me. Après une mise en perspective au chapitre 1, le chapitre 2 de la thèse explique comment produire des ions H2+ sélectionnés en état interne par photodissociation multiphotonique résonante et décrit les dispositifs expérimentaux nécessaires pour faire cette expérience. La partie théorique montre que les ions produits par REMPI à 3+1 photons via l'état intermédiaire C1piu v=0;L=2 de H2 sont au moins 87% dans l'état v=0;L+= 2. Cette nouvelle source d'ions sélectionnés en état interne est très importante pour augmenter le rapport signal sur bruit de la spectroscopie de H2+. La partie exprimentale décrit la mise en oeuvre d'un laser à 303 nm pour effectuer la photodissociation et aussi la conception du système d'optique ionique pour transférer les ions dans un piège de Paul quadrupolaire. Le chapitre 3 de la thèse est une étude théorique sur la faisabilité de la spectroscopie de HD+ sans effet Doppler avec deux photons presque dégénérés, dans le régime de Lamb-Dicke. Ce travail fournit un moyen d'améliorer la spectroscopie à un photon de HD+ qui est aujourd'hui limitée par l'élargissement Doppler. Avec la méthode proposée, l'élargissement Doppler du premier ordre est supprimé complètement et nous montrons que les mesures peuvent atteindre le niveau de précision de 10^-14.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (150 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.141-150

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  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque de Sorbonne Université. Bibliothèque Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : T PARIS 6 2013 621
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