Etats quantiques gravitationnels d'hydrogène froid – LOGIQS

Notre premier objectif est d'observer les états quantiques gravitationnels (GQS) des atomes d'hydrogène, afin de tester dans le futur, des prédictions de nouvelles physiques telles que les interactions extra fondamentales à courte portée ou de sonder le principe d'équivalence faible en régime quantique. Les GQS sont réalisés avec des particules piégées dans le champ gravitationnel (confinement supérieur), rebondissant sur une surface grâce à des réflexions quantiques, (QR) (confinement inférieur).
Les QRs sont réalisées grâce à l'interaction avec le potentiel de la surface et la vitesse de la particule verticale, sans qu'aucun contact ne se produise avec la surface. Des GQS ont été formés et observés avec des neutrons à l'ILL (France), mais jamais avec des atomes. Nous voulons ici observer pour la première fois les GQS sur l'hydrogène, en utilisant une configuration similaire à celle de l'expérience historique avec les neutrons. Cette expérience fait partie d'une nouvelle collaboration internationale GRASIAN (https://grasian.eu) et sera réalisée à l'ETH Zurich (Suisse).

La deuxième étape consistera à observer la chute libre quantifiée (QFF) de H, qui servira de preuve de principe pour les mesures futures avec l'anti-H, comme prévu par l'expérience GBAR [1]. Cela permettrait d'augmenter la précision de la mesure de l'effet de la gravité sur l'antimatière de 3 à 4 ordres de grandeur [2] par rapport à la proposition initiale de GBAR, qui vise à sonder l'accélération de l'antihydrogène dans le champ de gravité terrestre en mesurant sa chute libre. Une partie développement de prototype sera réalisée au LKB avant l'installation à l'ETH.

[1] P. Perez et al. The GBAR antimatter gravity experiment. Hyperfine Interact, 233(1-3):21-27, 2015.
[2] P.P. Crepin, C. Christen, R. Guerout, V.V. Nesvizhevsky, A.Yu. Voronin, et S. Reynaud. Quantum interference test of the equivalence principle on antihydrogen. Phys. Rev. A, 99:042119, 2019.