Pièges magnéto-optiques en physique des collisions atomique et en physique nucléaire A. Leredde leredde@lpccaen.in2p3.fr.

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1 Pièges magnéto-optiques en physique des collisions atomique et en physique nucléaire
A. Leredde

2 Plan de la présentation
Principe et caractéristiques d’un MOT Force exercée par un laser Refroidissement et piégeage Applications au LPC Capture électronique Mesure de aβν Cas de la capture électronique Dispositif expérimental Résultats obtenus Perspectives A. Leredde

3 Principe et caractérisation d’un MOT
force exercée par un laser Laser hna Isotrope emission Prec(es) hnL Prec(ab)=ħk hnL hnL hnL absorption ∑Prec(es) = 0 A. Leredde

4 Principe et caractérisation d’un MOT
Laser Laser Création d’une mélasse optique e ħd ħwL ħwa f

5 Principe et caractérisation d’un MOT
Piégeage magneto-optique Configuration du MOT Force de rappel dépendante de la position Avantages: Atomes froids Cible dense Nuage dans le vide A. Leredde

6 Applications au LPC Collisions atomique: Echange de charge
Test de modèles théoriques Applications: -Physique des plasma -Astrophysique Physique nucléaire: Test du modèle standard Mesure du paramètre aβν A. Leredde

7 Applications au LPC a Mesure de aβν dans une décroissance β: f q
Intéraction faible : boson W+, W-, Z0 Processus semi-leptonique - Ôi : Opérateur associé aux transformations de Lorentz (V, S, A, T, P) Ci, Ci’ : Constantes de couplage associées aux transformations (V, S, A, T, P) Contraintes imposées dans le Modèle Standard: Invariance par renversement du temps: Ci et Ci’ réels Violation de parité maximale: Ci=-Ci’ V-A théorie: CS=CP=CT=0 f q a A. Leredde

8 Applications au LPC a a Mesure de aβν dans une décroissance β:
Transition pure Fermi: Transition pure Gammow-Teller: Deux solutions: 1. Dispositif actuel: Le piège de Paul transparent Mesure de a : 6He+ Transition pure GT 2. Utilisation d’un piège magnéto-optique Mesure de a : 19Ne a a A. Leredde

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10 Cas de la capture électronique
Spectroscopie d’impulsion d’ion de recul (RIMS): Principe θ Aq+ + B → A(q-r)+ + Br+ Q de réaction → Sections efficaces Angle de diffusion → Processus + potentiel A. Leredde

11 Cas de la capture électronique
Spectroscopie d’impulsion d’ion de recul (RIMS): Dispositif TOF Position X,Y Détecteur d’ion de recul Impulsion de recul θ Projectile Cible Q et θ Spectromètre A. Leredde

12 Cas de la capture électronique
Dispositif expérimental: Schéma Faisceau laser Bobines Spectromètre Source d’ions Lentilles électrostatiques Paire de fentes Détecteur projectile Cage de Faraday Détecteur d’ions de reculs A. Leredde

13 Cas de la capture électronique
Dispositif expérimental: Partie optique Switch Éléments d’optique utilisées pour le MOT Diodes lasers Système de contrôle et de stabilisation des fréquences lasers AOM Télescope PBSC+λ/2 → séparation en 3 faisceaux orthogonaux λ/4 → Polarisation circulaire A. Leredde

14 Cas de la capture électronique
Cible caractérisée à l’aide d’une caméra CCD calibrée: Production de cibles froides T<200μK Densité ~ 1011 atomes/cm3 Diamètre ~ 1mm A. Leredde

15 Cas de la capture électronique
Dispositif expérimental: Chambre de collision et détection Chambre de collision Bobines anti-Helmholtz Détecteur projectile Spectromètre Zone de vol libre Détecteur d’ion de recul A. Leredde

16 Cas de la capture électronique
Dispositif expérimental: Le spectromètre d’ion de recul Lentille électrostatique → R = Champ fort / Champ faible Focalisation 3D Vzone de collision= 0 V Champ faible Champ fort Tube de vol libre 2D-PSD A. Leredde

17 Cas de la capture électronique
Dispositif expérimental: Le switch du champ magnétique 20 Gauss/cm Champ nul au centre Commutation rapide ~ 300μs A. Leredde

18 Cas de la capture électronique
Résultats: Collisions à 500 eV, 2keV et 5 keV Mesure de sections efficaces différentielles Comparaison théorie expérience 3p + (3d*, 4p*, 5s*) 3p* 3s 4s* 4d* (3d, 4p, 5s, 4d) 4s Sections efficaces différentielles en PRf// pour une énergie de projectile de 2 keV. Schéma de transitions possible dans la collision Na+ + Rb. A. Leredde

19 Cas de la capture électronique
Résultats: Rb(5s) → Na(3s) Rb(5s) → Na(3s) Sections efficaces doublement différentielles en PRf// et en angle de diffusion pour une énergie de projectile de 2 keV. Sections efficaces doublement différentielles en PRf// et en angle de diffusion pour une énergie de projectile de 5 keV. Résolutions obtenues avec ce dispositif: ∆Pxmin=0.05 u.a. ∆θ=0.014mrad (5keV) ∆Pymin=0.05u.a. ∆θ=0.021mrad (2keV) ∆Pzmin<0.05u.a. ∆θ=0.044mrad (500eV) A. Leredde

20 Bilan et perspectives Etude de capture électronique simple et sur cible excitée Capture électronique sur cible polarisée Etude de fraction excitée en fonction des paramètres du MOT Développement d’un MOT pour atomes radioactifs pour l’étude de aβν Possibilité de production de condensats de Bose-Einstein Mesure de rayon de charge Mesure de moments dipolaires Datation Test du paramètre A du modèle standard A. Leredde

21 Merci de votre attention
A. Leredde

22 Timming du MOT en acquisition
~2.23 ms 230 чs 9 ms t Start clock B switch B on Etat B field B off Rampe B field Laser on Etat AOM Laser off A. Leredde

23 Rb(5s) → Na(3p) Rb(5p) → Na(4s) 2keV Rb(5p) → Na(3p)
A. Leredde

24 Rb(5s) → Na(3p) Rb(5s) → Na(3s) Rb(5p) → Na(3p) 5keV
A. Leredde

25 Cas de la capture électronique
Résultats: Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TCAOCC 3s/3p 0.238±0.036 0.2367±0.0027 0.250±0.032 0.291/0.292 4s/3p 0.0009±0.0001 0.0018 (3d, 4p, 5s)/3p 0.0097±0.0038 0.0259±0.0004 0.0253±0.0219 0.0444 Rapport des sections efficaces relatives pour une énergie de projectile de 2 keV. Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TAOCC 3s/3p 0.0020±0.0006 0.0019±0.0001 0.0026 4s/3p 0.061±0.015 0.0659±0.0031 0.072±0.0009 0.072/0.038 3d/3p 0.1253±0.0036 0.1656 (4p, 5s)/3p 0.0409±0.0030 0.0266 4d/3p 0.0097±0.0022 0.0224±0.0027 0.0366±0.0104 0.0192 (3d, 4p, 5s)/3p 0.079±0.019 0.1662±0.0066 0.085±0.042 0.199 Rapport des sections efficaces relatives pour une énergie de projectile de 5 keV. A. Leredde 25

26 Lpc 3p 0.7494±0.0498 4s 0.2506±0.1000 Lpc 4s/3p 2.9897±0.5451 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TCAOCC 3s/3p 0.033±0.020 0.0271±0.0003 0.020±0.005 0.0417/0.055 (3d, 4p)/3p 0.0012±0.0007 0.0015±0.0001 0.0000±0.0204 0.0089 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TAOCC 4s/3p 0.043±0.004 0.0664±0.0009 0.128±0.053 0.0695/0.110 (3d, 4p)/3p 0.536±0.488 0.2611±0.0022 0.500±0.383 0.434 4d/3p 0.0066±0.0030 0.0165±0.0004 0.0333±0.0138 0.0141 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC 3s 0.191±0.011 0.1873±0.0022 0.19±0.07 0.2203 3p 0.802±0.074 0.7915±0.0084 0.79±0.29 0.742 4s 0.0007±0.0001 0.0014 3d, 4p, 5s 0.0078±0.0023 0.0205±0.0003 0.02±0.01 0.0319 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC 3s 0.0017±0.0005 0.0015±0.0001 0.0012 3p 0.868±0.015 0.7959±0.0136 0.82±0.05 0.7721 4s 0.053±0.004 0.0525±0.0029 0.08±0.01 0.0557 3d 0.0997±0.0037 0.1278 4p, 5s 0.0326±0.0026 0.0205 4d 0.0084±0.0023 0.0178±0.0023 0.03±0.01 0.0134 3d, 4p, 5s 0.069±0.015 0.1323±0.0063 0.07±0.03 0.1484 A. Leredde

27 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TCAOCC 3s/3p 0.238±0.036 0.2367±0.0027 0.250±0.032 0.291/0.292 4s/3p 0.0009±0.0001 0.0018 (3d, 4p, 5s)/3p 0.0097±0.0038 0.0259±0.0004 0.0253±0.0219 0.0444 Lpc (avant) Lpc Ksu MOCC/TAOCC 3s/3p 0.0020±0.0006 0.0019±0.0001 0.0026 4s/3p 0.061±0.015 0.0659±0.0031 0.072±0.0009 0.072/0.038 3d/3p 0.1253±0.0036 0.1656 (4p, 5s)/3p 0.0409±0.0030 0.0266 4d/3p 0.0097±0.0022 0.0224±0.0027 0.0366±0.0104 0.0192 (3d, 4p, 5s)/3p 0.079±0.019 0.1662±0.0066 0.085±0.042 0.199 A. Leredde

28 Motivations Pourquoi un MOT?
Pas de champ électrique de piégeage → spectromètre utilisable → détection 4pi recul et e- de shake off Piégeage d’atomes et non d’ions Efficacité de piégeage moins bonne, mm pour les alcalins? A. Leredde