Orateur
Description
L’expérience GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest) installée sur l'anneau du décélérateur d'antiprotons -AD- au CERN reprend la proposition de J. Walz et Th. Hänsch [1] qui vise à étudier la chute libre d'un atome d'antihydrogène préparé au repos [2]. Cette expérience implique deux ions piégés dont l’un, l’ion Be+, est refroidi par laser et l’autre, l’ion 𝐻̅+, est refroidi par ses interactions avec l’ion Be+ (refroidissement sympathique).
Nous présentons ici une expérience test conçue pour étudier le refroidissement sympathique d'un ion léger par un nuage d'ions lourds refroidis par laser dans des conditions de rapport de masse similaires à celles prévues dans le projet GBAR (9/1). Pour cela nous étudions la paire 88Sr+ (l’ion refroidi par laser) et 9Be+ (l’ion refroidi sympathiquement). Le choix de ces deux espèces présente deux avantages :
▪ La possibilité d’adresser optiquement l’ion 9Be+ permet un diagnostic du processus (cinétique et thermométrie).
▪ Leur rapport de masse (88/9≈9,8) est très proche de celui envisagé pour GBAR.
Nous avons développé un piège de Paul surfacique radiofréquence à 2 zones de piégeage pour injecter un ion Be+ unique dans le cristal de Coulomb d’ions 88Sr+ en contrôlant son énergie initiale afin d’étudier sa thermalisation via l'interaction de Coulomb.
L’étude porte dans un premier temps sur le refroidissement Doppler d’ions 88Sr+ à une température de quelques mK afin d’optimiser les conditions de piégeage, de refroidissement et de caractériser l’optique de collection des photons. Le protocole de transport d’un ion 88Sr+ unique d’énergie cinétique contrôlée et accordable (jusqu’à 500meV) d’une zone de piégeage à l’autre, a été validé en comparant les énergies cinétiques initiales mesurées à celles simulées en analysant le taux de fluorescence pendant le processus de refroidissement [3].
Dans un second temps, un ion Be+ unique sera refroidi par laser (313 nm) et transporté avec une énergie cinétique contrôlée vers la seconde zone de piégeage, déjà chargée d'un cristal de Coulomb Sr+. Les mesures spectroscopiques sur l'ion Be+ permettront de mesurer pour la première fois la dynamique de capture d’un ion léger par un cristal de Coulomb et suivre son refroidissement sur plusieurs décades (typiquement de 10000K au mK). La méthode choisie pour quantifier la perte d'énergie cinétique de l'ion Be+ est basée sur la mesure du taux de fluorescence induit par le laser à la résonance, qui ne produit aucun refroidissement ni chauffage laser sur un ion oscillant.
Ces expériences nous permettront de mettre en place des protocoles de refroidissement pour l'expérience GBAR.
[1] J. Walz and T. Hänsch, General Relativity and Granvitation, (2004) 561
[2] P. Perez and Y. Sacquin, Classical and Quantum Gravity, 29 (2012)
[3] J. H. Wesenberg et al., Phys. Rev. A 76, 053416 (2007)
| Affiliation de l'auteur principal | Laboratoire Kastler-Brossel |
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