Contrôle optique des interactions moléculaires – OpEnMInt

L'étude des collisions moléculaires à des températures ultra-froides est de la plus haute importance pour la chimie quantique, la physique atomique et moléculaire, la métrologie ainsi que la simulation quantique et l'information quantique. L'objectif de ce projet collaboratif, d'une durée totale de 3 ans, est de trouver de nouvelles façons de contrôler les propriétés de collision des molécules diatomiques polaires NaK piégées à des énergies ultra-basses. En particulier, nous étudierons la possibilité prévue de modifier les interactions entre les molécules piégées en utilisant des champs optiques appropriés.
OpEnMInt a deux objectifs principaux :
(i) La manipulation/l'écrantage de l'interaction molécule-molécule pour limiter ou supprimer complètement les pertes à deux corps indésirables.
(ii) L'étude de nouveaux états moléculaires liés induits par le champ optique.
On s'attend à ce qu'un tel "écrantage optique" prolonge la durée de vie des molécules dans le piège, ce qui est une condition préalable à de nombreuses applications pratiques dans les domaines de recherche ci-dessus. Dans les ensembles bosoniques ultra-froids de NaK, la durée de vie est actuellement limitée à environ 100 millisecondes en raison de mécanismes de perte qui ne sont pas encore entièrement compris. Pour cette raison, la molécule NaK est un système très approprié pour étudier l'approche générique de l'écrantage optique. En outre, la présence de niveaux liés induits par le champ permettrait de faire varier la longueur de diffusion des molécules sur une large gamme, ce qui améliorerait les capacités de refroidissement par évaporation.

Une telle ingénierie des interactions moléculaires, rendue possible par la dynamique induite par la lumière, nécessite une connaissance précise de la structure moléculaire et des transitions optiques dans les ensembles de molécules NaK, qui sera obtenue par des mesures spectroscopiques.
Cette connaissance permet ensuite (i) l'écrantage optique des interactions du NaK en utilisant des énergies de photons supérieures à celles des transitions intermoléculaires (désaccord vers le bleu), et (ii) l'observation des niveaux de liaison moléculaire induits par le champ dans la même gamme spectrale, soit par des pertes de molécules renforcées par résonance, soit par leur population par un laser d'association. Ces deux effets n'ont été démontrés dans aucun autre système jusqu'à présent. Les résultats de nos études prévues contribueront donc de manière significative à la compréhension des processus moléculaires ultra-froids et, plus important encore, les rendront utiles pour d'autres applications.

Il s'agit d'un défi scientifique qui requiert les efforts combinés de la théorie et de l'expérience. L'expertise théorique sera fournie par l'équipe de recherche d'Orsay, leader mondial dans les calculs de structure moléculaire, qui a introduit le concept d'OS. L'expertise expérimentale sera fournie par l'équipe de Hanovre qui réalisera les études spectroscopiques et la caractérisation du système couplé molécule-photon. La collaboration franco-allemande entre les partenaires de ce projet s'est déjà avérée très fructueuse dans le passé. Nous prévoyons de renforcer encore l'échange d'idées et d'informations par la formation avancée de jeunes chercheurs et des visites réciproques d'une durée totale prévue de quelques mois.