collisions dans un échantillon moléculaire piégé dans un état quantique bien défini – COCOTRAMOS

Le domaine de recherche des molécules ultra-froides (T << 1mK) est en constante expansion dans de nombreuses directions, impliquant un nombre croissant de groupes à travers le monde. Les molécules à des températures ultra-froides se déplacent à de très petites vitesses et peuvent ainsi être contrôlées avec précision dans leur état quantique. Malheureusement, jusqu'à récemment, le refroidissement laser ne pouvait pas être appliqué facilement aux molécules car en raison de leur structure interne complexe qui inclut les vibrations et la rotation elles ne possèdent généralement pas de transitions optiques fermées appropriées, comme dans les systèmes atomiques, de sorte que les techniques de refroidissement et de ralentissement connues de la physique atomique ne peuvent être transférées directement qu'à très peu de molécules.

L'objectif principal de la proposition actuelle est d'unir nos efforts pour affiner davantage le refroidissement laser et inventer de nouveaux schémas de refroidissement qui tiennent compte de la structure moléculaire unique et produisent un échantillon dense de molécules ultrafroides dans leur état fondamental absolu. Une fois cet objectif atteint, nous avons l'intention d'étudier les collisions bi-moléculaires dans deux directions, d'abord en trouvant les conditions optimales pour les supprimer par un écrantage utilisant un photon lumineux et ensuite pour observer les collisions molécule-molécule et la formation du complexe Rb4.

Ce projet repose sur trois objectifs principaux mêlant aspects expérimentaux et théoriques:

(i) La réalisation expérimentale du refroidissement laser et du piégeage des molécules de Rb2 à partir d'un jet moléculaire supersonique, guidée par des simulations élaborées à l'aide de calculs de structure moléculaire. Pour atteindre cet objectif, nous mettrons en œuvre une technique de pompage optique rovibrationnelle, qui agira comme un repompeur à large bande et forcera les molécules à effectuer une «transition optique fermée».

(ii) L'étude de la suppression des collisions bi-moléculaires en utilisant un photon laser optique qui de fréquence décalée vers le bleu par rapport à une transition moléculaire électronique bien choisie. L'optimisation de l'efficacité de l’écrantage sera d'un grand intérêt pour les expérimentateurs dont le but est d'obtenir des échantillons stables (longue durée de vie) de molécules ultra-froides dans leur état fondamental absolu permettant d'atteindre la dégénérescence quantique

(iii) La recherche de collisions inélastiques et réactives ultra-froides entre les molécules de Rb2, éventuellement assistées par la lumière, y compris la photoassociation et la formation de molécules de Rb4 stables. La photoionisation suivie de l‘analyse en masse nous permettra d'identifier les espèces ioniques présentes dans l'échantillon (Rb +, Rb2 +, Rb3 + et Rb4 +). De tels processus illustrent une nouvelle chimie ultra-froide, supposée dominée par les interactions à longue distance entre les particules en réaction mais probablement influencée par la dynamique à coure portée. C'est toujours une question ouverte, car la grande quantité de résonances du complexe collisionnel peut donner naissance à un complexe à longue durée de vie sur de courtes distances. L'observation des raies de photoassociation donnera une indication expérimentale sur le rôle de ces résonances dans la dynamique.

Ce travail est le prolongement d'une longue collaboration réussie entre le groupe expérimental brésilien USP-SC et l'équipe théorique française du LAC. Ensemble, ils ont accompli une série de réalisations, notamment la création réussie de molécules diatomiques de rubidium ultra-froides à l'état fondamental par photoassociation à courte portée. Quatre articles scientifiques communs ont été publiés dans le cadre de cette collaboration depuis 2013.