Gaz dipolaire ultra-froid d'atomes de néodyme dans un niveau excité à longue durée de vie – NeoDip

Ce projet théorique a pour but de proposer une nouvelle expérience de gaz dipolaires ultra-froids, basée sur des atomes de néodyme (Nd) excités dans des niveaux d’énergie de longue durée de vie. Comme il appartient à la partie gauche de la rangée des lanthanides, Nd présente une forte densité de niveaux dans la région 8000-15000 cm-1 au-dessus du niveau fondamental, en comparaison avec les lanthanides déjà refroidis par laser tels que le dysprosium ou l’erbium, qui appartiennent à la partie droite de la rangée. Cette grande densité permet l’existence de paires de niveaux proches en énergie, pouvant être couplés par un champ électrique statique ou oscillant, induisant ainsi un moment dipolaire électrique significatif. Cela dit, cette densité de niveaux rend particulièrement ardu le calcul de quantités comme les coefficients d’Einstein, indispensables pour établir la faisabilité d’une expérience sur le Nd ultra-froid.

Afin de complètement caractériser cette future expérience, ce projet comporte les cinq objectifs suivants :

- Proposer des transitions de refroidissement laser pour Nd ;
- Identifier des paires de niveaux métastables proches en énergies, et fortement couplés par un champ électrique oscillant à une fréquence dans le domaine térahertz ;
- Calculer la polarisabilité dynamique dipolaire des niveaux considérés ;
- Améliorer la connaissance de la spectroscopie de Nd ;
- Déterminer l’énergie d’interaction dipolaires entre atomes voisins.

Pour remplir ces objectifs, nous utiliserons la méthode semi-empirique de calculs de structure atomique, basée sur la chaîne de codes de Cowan, et que nous avons enrichie, afin d’obtenir des coefficients d’Einstein plus précis. Compte tenu de la forte densité de niveaux de Nd et des importants mélanges par interaction de configurations, nous serons amenés à encore améliorer notre méthode, par exemple par l’ajustement simultané des énergies et des coefficients d’Einstein. Notre grande quantité de données sera publiée en libre accès sur différents portails