Décelerateur de molécules par attachement d'électrons de Rydberg

par Thibault Courageux

Projet de thèse en Milieux dilués et optique fondamentale

Sous la direction de Daniel  Comparat.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec LAC - Laboratoire Aimé Cotton (laboratoire) , Matière froide corrélée (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2017 .


  • Résumé

    Le refroidissement et le piégeage de molécules à des températures ultra-froides (T<1 mK) fait partie des défis les plus ardus de la physique quantique expérimental depuis ces dix dernières années. Les enjeux vont de la chimie quantique à l'étude d'effets collectifs, en passant par la métrologie de constantes fondamentales. Malheureusement, les techniques lasers, si efficaces pour le refroidissement d'atomes, sont difficilement adaptables à la très grande majorité des espèces moléculaires. La cryogénie, la détente adiabatique, ou le filtrage de vitesse fournissent des solutions efficaces et universelles de refroidissement mais présentent l'inconvénient de produire des molécules rapides dans le référentiel du laboratoire. Le problème devient ainsi celui du ralentissement de molécules froides. Nous avons imaginé une nouvelle approche répondant de manière assez générale à cette problématique, et monté une expérience de molécules froides au laboratoire Aimé Cotton. En résumé, le ralentissement du jet jusqu'à la vitesse nulle reposera sur la capture d'un électron par les molécules lors de collision avec des atomes de Rydberg (atomes très excités). Les anions moléculaires ainsi formés seront décélérés par des champs électriques bien contrôlés puis, une fois à l'arrêt, neutralisés et piégés. La réussite de ce projet constituerait une réussite de premier plan pour la communauté « molécules froides ». Nous avons déjà un jet de molécules de Fluorure de Baryum (BaF) dont les états rovibrationnels sont manipulés par laser large bande.

  • Titre traduit

    Rydberg Electron Attachment Decelerator for Molecules


  • Résumé

    Cooling and trapping molecules at ultracold temperatures (T<1 mK) has been one of the most challenging tasks in experimental quantum physics for the last decade. A breakthrough in this field would give access to new quantum chemistry, studies of collective effects, metrology of fundamental constants, etc. Unfortunately, the successful laser cooling technique is rarely helpful in this context. Therefore, direct cooling of molecules is generally based on supersonic expansion, cryogenic, or velocity filtering. All these methods suffer from the fact that they produce cold sample of molecules moving at velocities of some hundred meters per second. As a consequence, the problem to be solved is to stop molecules in the laboratory frame. Nowadays, many experiments use electromagnetic decelerators acting on the electric or magnetic permanent molecular dipole moment. It does work, but they are many drawbacks, such as high losses, cumbersome apparatus, etc. At Laboratoire Aimé Cotton, we have suggested a new approach and built up a new experiment to demonstrate its feasibility. In summary, the idea consists in electrically charging molecules cooled in supersonic expansion, decelerating the resulting anions over short distances and finally removing the extra electron by photo-detachment or fast high voltage pulses. If such a demonstration is successful, it will be a very important result for the cold molecule community. We already have a set-up producing cold molecules of Baryum Fluoride (BaF) and we have recently succeeded to manipulate its rovibrational states with broadband lasers.