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Sélection de potentiels moléculaires de l’Hélium. Séminaire interne du groupe Atomes froids Vendredi 29 novembre 2002 Jérémie Léonard, Allard Mosk, Matt.

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1 Sélection de potentiels moléculaires de l’Hélium. Séminaire interne du groupe Atomes froids Vendredi 29 novembre 2002 Jérémie Léonard, Allard Mosk, Matt Walhout, Tobias Müller, Michèle Leduc, Claude Cohen Tannoudji.

2 2 3 S S S P J Introduction: ? kT Approximation de Born-Oppenheimer Grandes distances / Courtes distances

3 Etat initial : 2 3 S S 1 Atome1 :S1=1 L1=0 3 états Atome2:S2=1 L2=0 3 états 3  3 = 9 états électroniques a priori Piège magnétique => paire de bosons polarisés => 1 seul état électronique 5  g + Etats électroniques des paires d’atomes (1): Expression analytique approchée [1] : =>15 états liés =>Le moins lié est 74 MHz sous l’asymptote => longueur de diffusion a=8.14 nm 5  g + [1] [1] Stärk & Meyer, Chem. Phys. Lett. 225, p. 229 (1994)

4 Longueur de diffusion : Variations autour du potentiel de Stärk et Meyer Expérience à 2 photons : accessible avec 1 laser + 1 (ou 2) AOM 15 états liés14 états liés a = 5 nm 8 nm 16 nm  Niveau v=14 à MHz - 77 MHz - 14 MHz a=16nm

5 Etat final : 2 3 S P J=0,1,2 Atome1 :S1=1 L1=0 3 états Atome2:S2=1 L2=1 3  3 états 3  9 = 27 états Etats électroniques des paires d’atomes (2): (Atome1 2S et Atome2 2P) ± ( Atome1 2P et Atome2 2S) => 27  2 = 54 états électroniques disponibles a priori = Hamiltonien non relativiste atome i Hamiltonien : H fin (1) + H fin (2) +H VdW perturbation de H 0 (1)+H 0 (2) Dans la base  | At1:S 1 =1,m S1,L 1,m L1 ; At2:S 2 =1,m S2,L 2,m L2 >  L1  L2 => dipôle/dipôle C 3 /R 3 S1  L1 et S2  L2 => structure fine au sein de l’atome unique 3 moments angulaires couplés à grandes distances

6 Interactions longues distances: spin-orbite et spin-spin (He 2 3 P J ) a et b avec J=2  J=1 = GHz J=1  J=0 = GHz Structure fine dans l’hélium 2 3 P: (1 pour m L =  1, -2 pour m L =0) Interaction dipôle-dipôle: Vit dans l’espace des coordonnées orbitales et couple uniquement des états: L1=0 ; L2=1  L1=1; L2=0 Echange de l’excitation Diagonal dans la base des combinaisons symétriques et antisymétriques sous l’échange de l’excitation : = 6.41 u.a. avec =1083.3±0.1 nm  =2  MHz  1%

7 Hamiltonien non diagonal dans la base « atomique »  Diagonalisation = Changement de base vers une base « moléculaire »  Cas de Hund Diagonalisation du hamiltonien: A grande distance : structure fine > interaction VdW : cas (c) de Hund bon nombre quantique =  =|m J |, m J projection sur l’axe moléculaire de Symétrie u/g => par rapport au centre de symétrie de la molécule H diagonal par bloc avec 2 blocs 27  27 => H diagonal par bloc, chaque bloc correspondant à une valeur de  (  =0,1,2,3) Symétrie +/- pour les états  =0 : par rapport à un plan contenant l’axe moléculaire => restriction de H à  =0 se sépare en 2 blocs correspondant à 0 + et 0 - 1) 2) 3) Résultat = matrices 6  6 maxi à diagonaliser => « Mathematica »

8 Résultats : Règles de sélection : g  u 17 potentiels accessibles depuis 5  g S P S P S P 0

9 Potentiels “purement grande portée”: exemple du sous-espace 0 u + { cf séminaire 11/10/02: Partie interne du potentiel inconnue Identification de la moitié des raies 2 3 S P S P 0  Partie répulsive connue (C 3 ) Position des états liés calculables « ab initio » Distances interatomiques > 150 a 0 => Pas (peu) d’ionisation Penning

10 Etats liés du puits 0 u + Manip 2 3 S P 0 Calculs Règle de sélection => J=1 (-1.47) (-0.68) (-0.27) (-0.088) (-0.021) V(R) ne dépend que de C 3 (et de la structure fine très bien connue) Mesures à ±10 MHz

11 Amélioration de la connaissance des potentiels? Spectroscopie des raies du puits 0 u + => mesure de C 3,  => Précision requise  1 MHz Sont négligés dans notre modèle: C 6 : Typiquement (i.e. pour les alcalins) C 6 /R 6 50 a 0 Effets de retard : pour Na 2 : C 3 effectif affecté de ~ 0.5 % Corrections à l’approx. Born-Oppenheimer => Collaboration avec P. van der Straten (Utrecht)  Asservissement sur raie atomique + AOM, EOM

12 Curiosité sur D 0 Désaccord= 0  D 0 à 5 ou 10 MHz près Intensité ~ I sat /10 Temps d’ exposition ~ 30 ms Densité ~ at/cm 3 T~20  K  à résonance, ~10 3 photons absorbés par atome

13 La manip : les projets Affiner les mesures des raies moléculaires proches de D 0 Confirmer (et comprendre) la « curiosité » au voisinage de D 0  Asservissement sur la raie atomique + AOM => meilleure précision Installer un deuxième faisceau de photoassociation => photoassociation à 2 photons Calculs des facteurs de Franck Condon favorables… Installer un détecteur d’ions dans la cellule Premiers tests en cours dans l’enceinte à vide côté source => processus de désexcitation des molécules?


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