Spectroscopie d'hélium en cavité haute finesse – HESCA

Les mesures de précision figurent parmi les applications importantes de la physique atomique et moléculaire, allant des étalons de fréquence atomique à l'exploration de la physique fondamentale. D'une part, les horloges optiques de pointe, exploitant le développement des technologies quantiques, offrent la meilleure sensibilité à la matière noire ou aux variations temporelles des constantes fondamentales, mais fonctionnent sur des atomes dont la structure complexe ne peut pas être calculée avec précision ab initio. D'autre part, les systèmes simples à deux ou trois corps, tels que les atomes ou ions d'hydrogène et d'hélium, peuvent être calculés, mais leur exploration à l'aide des méthodes quantiques de pointe en est encore à ses débuts.
Notre projet développera un nouveau système expérimental pour la spectroscopie de haute précision de l'hélium (He), atome idéal pour la physique fondamentale, comme l'illustre l'étude de l'« énigme du rayon du proton ». L'hélium est suffisamment simple pour permettre des calculs de précision, mais assez complexe pour présenter une transition ultra-étroite (8 Hz) dans l'état métastable, où il peut être refroidi et piégé par laser. Nous construirons une nouvelle expérience pour préparer des atomes d'He métastables dans un réseau de pinces optiques et utiliserons des méthodes d'électrodynamique quantique en cavité (QED) pour fournir une détection non destructive et un gain quantique du rapport signal/bruit pour la spectroscopie. Le projet s'appuie sur une forte synergie entre l'expertise de l'équipe française du LCF en matière de refroidissement et manipulation de He*, et celle de l'équipe suisse de l'EPFL en QED en cavité. Nous débuterons par construire une expérience pour charger l'espèce 4He* dans un piège optique, puis étudierons chargement et durée de vie dans les pinces optiques. Enfin, nous manipulerons et détecterons 4He* dans une cavité à haute finesse, ouvrant la voie à une amélioration de la spectroscopie de l'hélium.