Logique quantique pour des mesures de précision dans les ions MgH+ et H2+ – QULEPSHYDRE

L’ion d’hydrogène moléculaire H2+ présente des transitions vibrationelles dont les fréquences peuvent être calculées avec une précision de 12 chiffres significatifs, et mesurées avec une précision similaire en utilisant les méthodes de spectroscopie actuelles. La spectroscopie par logique quantique (QLS) permettra d’améliorer les mesures par plusieurs ordres de grandeurs, ce qui est extrêmement prometteur pour la détermination des constantes fondamentales comme le rapport de la masse du proton à celle de l’électron (µ), la constante de Rydberg ou le rayon de charge des noyaux, ainsi que pour les tests de physique fondamentale comme la mesure des variations de µ.
Le projet QULEPSHYDRE a pour ambition de réaliser la QLS de H2+ avec 14 chiffres significatifs, et de préparer la spectroscopie à 17 chiffres significatifs.
QULEPSHYDRE associe deux partenaires spécialistes des mesures de précision sur des ions piégés. Le groupe Ions Piégés du LKB (France) travaille sur les ions Be+ et H2+, avec une expertise complémentaire dans le contrôle en fréquence de sources laser à cascade quantique (QCL) moyen-infrarouge. Le groupe de métrologie quantique expérimentale du PTB (Allemagne) est un leader mondial de la QLS et travaille sur les ions MgH+. Les synergies du projet proviennent de la complémentarité des deux groupes partenaires, ainsi que de la similarité entre les structures hyperfines et Zeeman de H2+ et MgH+ : les protocoles de QLS mis au point sur MgH+ par la PTB seront directement applicables à H2+ au LKB, tandis que le savoir-faire du LKB sur le contrôle des QCL est indispensable pour le refroidissement rotationnel de MgH+.
Les instruments construits dans le cadre du projet QULEPSHYDRE (pièges à ion et QCL moyen-infrarouge) permettront le refroidissement rotationnel de MgH+ à des températures cryogéniques et la mise au point de protocoles de contrôle quantique de MgH+ au PTB, qui seront ensuite appliqués à la spectroscopie de précision de H2+ au LKB.