Photodétachement des ions H- et H¯? – Photoplus

L'objectif de la collaboration GBAR au CERN est de mesurer l'accélération dans le champ gravitationnel terrestre d'un atome d'anti-hydrogène H¯ en chute libre. Pour ce faire, un ion H¯? doit être refroidi à moins de 10 µK puis photodétaché, libérant un atome H¯ de faible vitesse initiale, dont la chute sera chronométrée. Cette technique de production d'atomes d'antihydrogène lents est une caractéristique qui distingue le projet GBAR d’autres projets affichant le même objectif. Elle requiert cependant la maîtrise, dans tous ses aspects (caractéristiques temporelles et spectrales, effets de la puissance lumineuse et effet de recul des fragments produits) du processus original de photodétachement.

Le projet Photoplus regroupe plusieurs équipes du Laboratoire Kastler Brossel impliquées dans la collaboration GBAR et l'équipe Ions négatifs du Laboratoire de physique des plasmas, spécialisée dans l'étude du photodétachement. Les objectifs du projet sont de construire le laser pour l'expérience GBAR et d'étudier plusieurs aspects du photodétachement qui doivent être contrôlés afin d'assurer la pertinence et la fiabilité de l'expérience au CERN.

Plus précisément, les objectifs du projet sont :
- Amener la connaissance expérimentale de l'affinité électronique de H à ±1 µeV, qui est la précision requise pour l'expérience GBAR. Pour ce faire, une expérience de photodétachement sur un faisceau de H? , dans une cavité optique, sera réalisée. Le microscope de photodétachement, qui est depuis vingt ans l’appareil le plus précis du monde pour la mesure des affinités électroniques atomiques, sera utilisé pour mesurer l’affinité électronique de H.
- Effectuer un calcul indépendant du seuil de photodétachement et modéliser tous les effets systématiques, y compris de décalage de ce seuil par effet de déplacement lumineux, et les confronter avec l'expérience préliminaire sur H? .
- Construire un système laser accordable avec une puissance et une résolution spectrale suffisantes pour atteindre, en moins d'une milliseconde, une probabilité de photodétachement supérieure à 80 % à 30 µeV au-dessus du seuil, ce qui est une condition nécessaire pour l'expérience GBAR.
- Trouver les paramètres optimaux du laser de photodétachement pour optimiser la précision finale de l'expérience GBAR.
- Installer et faire fonctionner le laser sur l'installation GBAR au CERN.

L'asymétrie entre la matière et l'antimatière observée dans l'Univers est l'un des problèmes fondamentaux de la physique moderne, qui questionne le modèle standard. En mesurant l'interaction de l'antimatière avec la gravité de la matière terrestre, l'expérience GBAR contribuera à la compréhension de ce problème. Quelle que soit la réponse apportée par l’expérience, le projet ANR Photoplus aura donc un impact considérable sur notre appréhension des interactions fondamentales.