Contrôle quantique d'un gaz de molécules polaires ultra-froides – COPOMOL

La condensation de Bose-Einstein dans un gaz dilué à une température proche du zéro absolu composé d’atomes en faible interaction a été réalisée en 1995. De par ses similitudes avec des phénomènes de physique très importants comme la superfluidité et la supraconductivité, ce phénomène constitue l’un des domaines les plus étudiés en physique de la matière diluée, récompensé par l’attribution du Prix Nobel de Physique en 2001. D’autres phénomènes remarquables apparaissent lorsque les particules du gaz interagissent fortement au moyen de forces anisotropes à longues distances, comme les molécules polaires qui possèdent un moment dipolaire électrique permanent dans leur référentiel propre.
COPOMOL réunit une équipe expérimentale (CUHK) et théorique (LAC). Nous voulons produire un gaz quantique de molécules polaires bosoniques de 23Na87Rb afin d’étudier la physique ultra-froide en présence de fortes interactions anisotropes, en nous concentrant sur le contrôle précis des collisions molécule-molécule par des champs électromagnétiques externes pour atteindre le régime où les effets à plusieurs corps sont dominants.
Inspirés par les résultats spectaculaires réalisés au JILA avec 40K87Rb, nous nous appuierons sur les propriétés remarquables des molécules de 23Na87Rb dans leur état fondamental, c’est-à-dire un moment dipolaire électrique permanent fort (5 fois plus fort que celui de 40K87Rb) et une stabilité contre les réactions chimiques lorsque les molécules entrent en collision, afin d’explorer la physique dipolaire de gaz quantiques. Voici objectifs visés par COPOMOL sur quatre ans : après avoir mis en œuvre la production optimale de molécules de Feshbach, nous déterminerons la meilleure stratégie pour transférer ces molécules vers le niveau moléculaire fondamental absolu en utilisant une technique de passage adiabatique stimulé par un processus Raman (STIRAP). Les collisions moléculaires seront ensuite contrôlées par un champ électrique externe, étape incontournable pour la création d’un gaz moléculaire quantique dégénéré. Nous mettrons en évidence des signatures de phénomènes à N-corps en dimension réduite en plaçant les molécules polaires dans un réseau optique.
COPOMOL arrive à point nommé étant donnée la configuration particulièrement favorable du consortium. Le groupe CUHK a déjà réussi à préparer des CBE atomiques de Na et Rb et à analyser les résonances de Feshbach de ce mélange atomique. Le groupe théorique du LAC inclut plusieurs experts renommés dans la modélisation de structure, spectroscopie et dynamique moléculaire. Des calculs intensifs sur différentes molécules diatomiques hétéro-nucléaires d’alcalins, incluant la molécule de NaRb, ont déjà été réalisés par cette équipe ainsi que des modèles de collisions élastiques, inélastiques et réactives. Un autre point très important est que le PI de CUHK a déjà collaboré auparavant avec les PI et CO-PI du LAC sur des sujets de recherche voisins.
Maitriser toutes ces approches est crucial d’autant plus que beaucoup d’applications proposées sur les effets dipolaires dépendent fortement des propriétés collisionelles des molécules dans leur niveau fondamental avec ou sans moment dipolaire électrique induit. Nous étudierons la stabilité des molécules polaires piégées, stables chimiquement, dans leur niveau fondamental absolu. Nous mesurerons et modéliserons les collisions de molécules de NaRb afin de trouver des schémas de refroidissement évaporatif en vue de produire un condenast de Bose-Einstein de NaRb. Nous testerons les modèles universels établis pour les pertes collisionnelles en contrôlant les états internes initiaux des molécules. Ce contrôle des états initiaux sera réalisé en utilisant des ondes micromètriques et des lasers. L’étude de ces collisions sera poursuivie pour des molécules piégées dans des réseaux optiques afin d’explorer l’anisotropie des interactions dipolaires, ce qui fournira une plate-forme idéale pour observer des transitions de phase à plusieurs corps.