Projet de thèse : Expérience d’atomes ultrafroids pour la physique des plasmas

Directeur de thèse : Romain Dubessy – Groupe CIML

Mail : romain.dubessy@univ-amu.fr

Laboratoire : Physique des interactions ioniques et moléculaires UMR7345, Marseille, Campus de Saint-Jérôme¹.

Mots-clés : refroidissement et piégeage par laser, plasma neutre ultrafroid, photo-ionisation

Nous recherchons un(e) doctorant(e) très motivé(e) pour démarrer une nouvelle expérience à la frontière de la physique quantique et de la physique des plasmas [1]. Nous créerons un échantillon d’atome de calcium neutre refroidi par laser et confiné dans un piège magnéto-optique, à des températures de l’ordre du milli-Kelvin. Cet échantillon sera ensuite photo-ionisé et la dynamique du plasma d’ions de calcium et d’électrons qui en résulte sera étudiée à l’aide de l’imagerie d’absorption. Nous visons à :

– démontrer pour la première fois le contrôle de la distribution initiale du plasma, grâce à la mise en forme optique de l’impulsion laser de photo-ionisation, suivant une proposition récente [2],

– étudier les collisions entre plasmas ultrafroids,

– appliquer le refroidissement et le piégeage laser à un plasma ultrafroid [3].

Le doctorant contribuera à la construction d’une plateforme originale mettant en œuvre un simulateur analogique d’un plasma fortement couplé, visant à contrôler tous les paramètres microscopiques dans une approche bottom-up. Le projet est entièrement financé pour les trois années du doctorat et nous prévoyons d’engager un post-doc en janvier 2026 pour renforcer l’équipe travaillant sur ce projet.

Le candidat retenu rejoindra une équipe d’une dizaine de personnes, dont deux doctorants et deux post-docs, travaillant sur trois plateformes expérimentales toutes dédiées à l’étude d’atomes et d’ions refroidis par laser pour la recherche fondamentale et les applications. Il/elle aura l’opportunité de participer à une école doctorale sur la physique des atomes ultrafroids à l’automne 2025 (aux Houches, près de Chamonix). Le groupe CIML fait partie du réseau européen de piégeage d’ions.

Compétences acquises : l’étudiant apprendra la technologie de pointe de contrôle des lasers, y compris la stabilisation de la fréquence sur une référence atomique et la mise en forme du faisceau grâce à un modulateur spatial de lumière, ainsi que la technologie de l’ultra-vide et le contrôle de l’expérience.

Prérequis : une bonne connaissance de la mécanique quantique est requise et une expérience pratique préalable en optique ou en laser est appréciée.

[1] Ultracold neutral plasmas, T.C. Killian, T. Pattard, T. Pohl, J.M. Rost, Phys. Rep. 449, 77-130 (2007).

[2] Sculpted ultracold neutral plasmas, V.S. Dharodi, M.S. Murillo, Phys. Rev. E 101, 023207 (2020).

[3] Laser cooling of ions in a neutral plasma, T.K. Langin, G.M. Gorman, T.C. Killian, Science 363, 61-64 (2019)

¹ Le campus de Saint-Jérome est accessible par les transports en commun depuis le centre-ville en moins de 25 minutes et l’Université peut aider les doctorants venant de l’extérieur de Marseille à se loger.