Superviseurs : Caroline Champenois et Aurika Janulyte

Mail : caroline.champenois@univ-amu.fr

Tél : +33 413946413

Laboratoire Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires, Marseille, Campus de Saint-Jérôme ¹

Page web du groupe CIML: https://piim.univ-amu.fr/la-recherche/la-recherche-3/equipe-ciml-2/

Mot-clés : piégeage d’atomes et refroidissement laser, plasma fortement corrélé, guidage de particules chargées

Le groupe CIML possède une forte expertise dans le piégeage d’ions dans des pièges à radiofréquence, et dans le refroidissement par laser de ces ions piégés. Il fait partie du réseau européen des groupes de piégeage d’ions et est l’un des rares groupes à piéger des ions à des fins de physique fondamentale en France. L’un des dispositifs expérimentaux du groupe vise à étudier l’échange d’énergie entre particules chargées, la cible étant un nuage d’ions piégés froid et dense qui peut être considéré comme un plasma très peu conventionnel, un plasma à un seul composant (OCP). Le projectile est un ion moléculaire très lourd et la perturbation qu’il induit en traversant le nuage d’ions piégés peut être utilisée pour la détection non destructive de ces ions lourds, pour démontrer un prototype de détecteur de spectromètre de masse sans limitation de masse. Le signal exploité est la fluorescence induite par laser et le processus sous-jacent est le transfert d’énergie entre un projectile chargé et la cible de plasma, connu sous le nom de pouvoir d’arrêt des plasmas. En pratique, la cible est un nuage d’ions Ca+ refroidi par laser. Lorsqu’ils atteignent une température inférieure au kelvin, ces ions se regroupent dans le puits de potentiel de piégeage et s’arrangent dans une structure stationnaire qui minimise l’énergie potentielle de piégeage et de répulsion de Coulomb, pour former ce que l’on appelle un cristal de Coulomb. Un exemple de ces structures, formées par plusieurs centaines d’ions, est montré sur la figure obtenue par l’image de leur fluorescence induite sur une caméra CCD.

Objectifs : Nous proposons à un étudiant en master de rejoindre ce projet pour observer et étudier l’échange d’énergie entre des ions lourds chargés et des OCP Ca+ refroidis par laser. Il s’agit de développer un protocole permettant de contrôler la taille et la température des ions piégés, la trajectoire du projectile et un diagnostic de l’énergie transférée au nuage d’ions. Le stage s’appuie sur un dispositif expérimental opérationnel, où la détection aura lieu. Il peut également s’appuyer sur un code de simulation de dynamique moléculaire qui peut être utilisé pour tester l’efficacité de la détection en fonction des caractéristiques du projectile, du piège et des paramètres de refroidissement du laser.

Les compétences acquises concernent le piégeage et le guidage des particules chargées, l’interaction atome-laser et le refroidissement laser, l’acquisition et le traitement des données. Ce stage pourrait être poursuivi par un doctorat.

¹ Le campus de Saint-Jérome est accessible par les transports en commun depuis le centre ville en moins de 25 minutes. Notre groupe bénéficie d’un environnement technique entièrement nouveau avec de très bonnes conditions techniques.