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Recherche

Les principales activités de recherche du groupe sont les suivantes :

Approche théorique pour la description des gaz quantiques. Deux aspects sont étudiés : l’utilisation des condensats de Bose-Einstein pour mettre en évidence des effets de non-localité quantique ; les ondes de spin dans les gaz ultra-froids et les effets d’auto-synchronisation de l’aimantation transverse.

Polarisation de l’hélium-3. De fortes polarisations nucléaires sont obtenues dans l’hélium-3 gazeux par pompage optique, surtout avec des sources laser dédiées. Au sein du groupe, le processus dit de "pompage optique par échange de métastabilité" (méthode très efficace, opérant dans He pur) fait l’objet d’études très détaillées. Elles ont pour but d’en mieux comprendre les limites et d’en améliorer les performances, dans les conditions habituelles (champ magnétique faible, pression de l’ordre du millibar) ou plus extrêmes (champ intense, dizaines ou centaines de millibars). Les efforts actuels se concentrent sur l’analyse de l’impact, inattendu, de l’opération à forte puissance laser. Parallèlement, des polariseurs compacts sont développés pour la préparation en ligne de gaz polarisé, optimisés et mis en oeuvre pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM) sur site hospitalier (recherche clinique) ou en laboratoire (recherche in vitro ou sur le petit animal).

IRM des espaces aériens pulmonaires. Grâce à l’utilisation de gaz hyperpolarisé (i.e., avec un taux d’orientation nucléaire supérieur - par plusieurs ordres de grandeur- à celui qui pourrait être atteint à l’équilibre dans un champ magnétique appliqué de un ou plusieurs teslas), de nouvelles méthodes pour l’IRM du poumon ont pu être développées depuis depuis 1994. Elles reposent sur la détection, dans les espaces aériens, d’hélium-3 prépolarisé optiquement, inhalé puis imagé par résonance magnétique nucléaire (RMN). Le groupe s’est investi dans les recherches méthodologiques permettant un développent efficace de ces techniques et leur mise en oeuvre rapide in vivo. L’axe principal de recherche actuel porte sur la RMN et l’IRM en champ magnétique très faible (quelques milliteslas).

RMN des fluides fortement polarisés. Dans les liquides fortement polarisés les interactions dipolaires magnétiques à longue portée peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution dynamique de l’aimantation nucléaire. Des effets spectaculaires sont observés dans l’hélium-3 liquide hyperpolarisé, allant de l’apparition de modes magnétiques de précession cohérente (à petit angle de basculement, dépendants de la forme de l’échantillon) à l’apparition d’instabilités de précession RMN (à grand angle et en milieu infini ou à symétrie sphérique, accompagnées d’une croissance exponentielle de structures spatiales d’aimantation très complexes). Le groupe utilise le pompage optique de l’hélium-3 gazeux et sa dissolution dans l’hélium-4 superfluide pour obtenir à basse température des systèmes modèles fluides dont le taux d’aimantation et le coefficient de diffusion de spin sont expérimentalement contrôlables, afin d’étudier ces phénomènes de RMN non linéaire qui font également l’objet de simulations numériques détaillées sur réseau.

L’hélium-3 polarisé est utile dans bien d’autres domaines, tels que la magnétométrie, l’étude de la structure nucléaire, ou la réalisation de filtres à neutrons. Le groupe travaille à la valorisation et à une large dissémination du savoir-faire acquis au LKB.

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