Pompage optique Laser de l'Helium 3 : de nouveaux défis pour de nouvelles applications

par Ali Dia

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Pierre-Jean Nacher et de Marie Abboud.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'Université Saint-Joseph , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec LABORATOIRE KASTLER-BROSSEL (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2017 .


  • Résumé

    L'équipe « Hélium polarisé et fluides quantiques », sur le site de l'ENS du Laboratoire Kastler Brossel, propose une thèse sur le sujet : « Pompage optique laser de l'3He : de nouveaux défis pour de nouvelles applications ». Ce travail prolongera les thèses réalisées dans l'équipe sur les méthodes et mécanismes de polarisation nucléaire par pompage optique dans l'hélium-3 (cf http://www.lkb.upmc.fr/polarisedhelium/alumni/). La plus récente de ces thèses (M. Batz, 2011) a mis en évidence l'existence d'un mécanisme jusque-là insoupçonné de perte de moment cinétique, qui limite souvent sévèrement l'efficacité du pompage optique dans l'hélium. Ce mécanisme, aux caractéristiques universelles, reste à ce jour incompris et les hypothèses émises en 2011 pour tenter de l'expliquer ont été expérimentalement exclues par la suite. Les travaux de rénovation au département de physique de l'ENS ont interrompu nos expériences sur ce thème de recherche pendant trois ans, de juin 2013 à mars 2016, laissant le problème ouvert. Nous avons repris sur un plan théorique l'étude de cette question à l'occasion de la rédaction d'une revue sur « Optically polarized helium » (arxiv.org/abs/1612.04178). En parallèle, nous avons développé de nouveaux outils expérimentaux d'investigation des processus qui interviennent lors du pompage optique de l'hélium (deux stages en 2016, deux stages en cours en 2017). Nous sommes maintenant en mesure de reprendre ces recherches avec l'objectif d'avancer de façon décisive vers la résolution de cette question, et il s'agit maintenant pour notre équipe d'un projet prioritaire. Un objectif supplémentaire de la thèse proposée concerne l'extension de la méthode de pompage optique en champ magnétique intense (plusieurs Teslas) et à basse température (quelques Kelvins), dans la perspective d'applications à la magnétométrie de très haute précision (10-12 ou mieux). Ces recherches entrent dans le cadre du projet « WideNMR» (2016 – 2019, http://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2699).

  • Titre traduit

    Laser Optical Pumping of Helium 3: New Challenges for New Applications


  • Résumé

    The team "Polarized helium and quantum fluids", on the site of the ENS Laboratory Kastler Brossel, proposes a thesis on the subject: "Laser optical pumping 3He: new challenges for new applications." This work will extend the thesis carried out in the team on methods and mechanisms of nuclear polarization by optical pumping in helium-3 (see http://www.lkb.upmc.fr/polarisedhelium/alumni/). The most recent of these theses (M. Batz, 2011) has highlighted the existence of a hitherto unsuspected mechanism of kinetic momentum loss, which often severely limits the efficiency of optical pumping in helium. This mechanism, with universal characteristics, remains to date misunderstood and the hypotheses emitted in 2011 to try to explain it were experimentally excluded afterwards. Renovation work at the ENS Physics Department interrupted our experiments on this research topic for three years, from June 2013 to March 2016, leaving the problem open. We have resumed theoretically the study of this issue during the writing of a review on "Optically polarized helium" (arxiv.org/abs/1612.04178). In parallel, we have developed new experimental tools to investigate the processes involved in the optical pumping of helium (two internships in 2016, two internships in progress in 2017). We are now in a position to resume this research with the objective of making a decisive move towards resolving this issue, and this is now a priority project for our team. An additional objective of the thesis proposed concerns the extension of the optical pumping method in intense magnetic field (several Teslas) and at low temperature (some Kelvins), with a view to applications with very high precision magnetometry (10- 12 or better). This research is part of the "WideNMR" project (2016 - 2019, http://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2699).