Détection quantique avec des cristaux cryogéniques pour la physique fondamentale – QUIC

Le projet combine l'expertise des groupes NSF de Jonathan Weinstein (expérimentation) et Andrei Derevianko (théorie) à l'Université du Nevada, Reno, en collaboration avec le groupe ANR de Daniel Comparat au Laboratoire Aimé Cotton, Université Paris Saclay, CNRS. Nous proposons d'étendre nos recherches vers deux nouveaux objectifs :

* L'utilisation d'atomes alcalins isolés dans une matrice comme capteurs quantiques pour une mesure de physique fondamentale : le moment anapolaire nucléaire (MAN) du Césium-133.

* L'utilisation d'états de superposition non classiques pour améliorer le temps de déphasage de spin de l'ensemble (T2*), et donc potentiellement améliorer la sensibilité statistique à la mesure du MAN.

Malgré l'incroyable succès du Modèle Standard de la Physique des Particules, il reste encore des problèmes non résolus significatifs. Beaucoup de ces problèmes sont liés à la violation de symétrie : Charge, Parité, Temps, et leurs combinaisons. Par exemple, le modèle standard ne contient pas assez de violation de C et CP pour expliquer le déséquilibre matière-antimatière dans notre univers, nécessitant une physique au-delà du modèle standard. Dans le modèle standard, il existe un désaccord de longue date entre les mesures de physique atomique et nucléaire du moment anapolaire nucléaire violant la parité (MAN).

Nous étudierons le Césium-133, un atome pour lequel la théorie peut relier les mesures atomiques aux paramètres de la physique fondamentale, piégé dans une matrice de gaz noble solide à des températures cryogéniques. Sur la base de nos travaux antérieurs établissant les propriétés de détection quantique de ce système, ainsi que des attentes théoriques sur la manière dont le MAN est renforcé par la matrice, l'effet du MAN devrait être facilement observable. Notre principal objectif sera d'enquêter sur la faisabilité de cette mesure et les systématiques potentielles associées à l'environnement à l'état solide.

Pour améliorer la sensibilité de la mesure, nous étudierons des états de superposition non classiques, dont nous attendons qu'ils apportent une amélioration de plusieurs ordres de grandeur dans le temps de déphasage de spin (T2*) qui limite la sensibilité des mesures de détection quantique.

Si cela réussit, cela serait important pour la détection quantique en général, la détection quantique pour la physique fondamentale, et pour éclaircir le mystère du MAN.

Ce projet comprend le soutien à la formation des étudiants et des post-doctorants en science expérimentale, l'amélioration de l'infrastructure de recherche en physique atomique cryogénique, la promotion de la diversité dans la recherche, et l'avancement des applications de la physique atomique.