Spectroscopie ultra-haute résolution dans l’infrarouge moyen de molécules complexes refroidies par gaz tampon. – DIABOLO

Les molécules polyatomiques offrent des opportunités uniques pour les mesures de haute précision en physique fondamentale. En effet, la multitude des niveaux d'énergie hyperfins et rovibrationnels quasi-dégénérés dans ces molécules complexes leur confère une sensibilité accrue aux variations des constantes fondamentales. De plus, l’utilisation de molécules comprenant plus de trois atomes permet d’exploiter la chiralité moléculaire pour sonder les interactions violant la symétrie de parité. La plupart de ces mesures de haute précision peuvent être considérées comme des mesures de métrologie des fréquences, souvent réalisées dans le domaine de l'infrarouge moyen (MIR) du spectre électromagnétique. Cette gamme spectrale, qui s’étend de 3 à 25 µm, est connue sous le nom de "région des empreintes moléculaires" en raison des signatures rovibrationnelles étroites et intenses de nombreuses espèces moléculaires. Jusqu’à présent, les mesures de précision dans le MIR se sont concentrées sur quelques espèces relativement simples (moins de 10 atomes). L’idée centrale du projet DIABOLO est d’étendre les mesures d’ultra-haute résolution (sous-MHz) dans le MIR à des molécules plus complexes, en s’appuyant sur trois objectifs principaux : (i) démontrer le refroidissement par gaz tampon cryogénique de molécules complexes pour simplifier leurs spectres et augmenter l'intensité des signaux obtenus, (ii) développer des lasers ultra-stables dans de nouvelles régions spectrales du MIR afin d’étendre l’éventail des espèces moléculaires étudiées, et (iii) explorer les couplages rovibrationnels pour comprendre leur impact sur les mesures de fréquence à haute précision et démontrer une spectroscopie MIR ultra-haute résolution (sous-MHz) sur des molécules complexes froides. Le projet DIABOLO se concentrera en particulier sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et des espèces apparentées non planaires, telles que les diamantoïdes et les hélicènes. Leur structure rigide conduit à des raies rovibrationnelles intenses et bien résolues, tout en limitant les couplages vibrationnels, ce qui les rend particulièrement adaptées aux mesures de précision ainsi qu'à l’attachement de centres optique cyclant pour le refroidissement laser. Leur diversité structurale — allant de formes planes à des structures en cage ou hélicoïdales — constitue également une plateforme précieuse pour l’étude des couplages rovibrationnels dans des molécules complexes. Enfin, les hélicènes permettent d’accéder à la chiralité, ouvrant la voie à de futures mesures de violation de parité.