Equipe ‘Hélium polarisé et fluides quantiques’, Laboratoire Kastler Brossel - E.N.S., 24 rue Lhomond, 75005 Paris

http://www.lkb.ens.fr/recherche/flquant

Contacts : Pierre-Jean Nacher (nacher@lkb.ens.fr) - Geneviève Tastevin (tastevin@lkb.ens.fr)

Dans un plasma d'hélium divers états atomiques, ioniques et moléculaires sont peuplés par collisions électroniques. Ceci est couramment utilisé pour le pompage optique de l'état atomique métastable 2³S, qui permet d'obtenir de fortes polarisations nucléaires dans l'hélium-3, avec d'importantes applications dans divers domaines : IRM des poumons, filtres polarisants pour les neutrons, cibles polarisées pour la physique des hautes énergies, études de liquides de Fermi polarisés... Nos études récentes du pompage optique de l'hélium dans des conditions exotiques (lasers intenses, fortes pressions, champ magnétique intense) suggèrent que deux facteurs pourraient être responsables d'une importante relaxation nucléaire et d'une perte d'efficacité du pompage optique, exacerbée à forte intensité laser : la présence de molécules métastables He2*, et la réabsorption de la lumière de fluorescence (diffusion multiple des photons).

Le sujet de ce stage est la construction d'une expérience de pompage optique à deux cellules destinée à quantifier l'effet de la réabsorption de la lumière de fluorescence sur la relaxation nucléaire. Lorsqu'un gaz d'hélium3 est soumis à un pompage optique intense, ce processus est susceptible de limiter la polarisation nucléaire atteinte. Il y a au sein du gaz compétition entre l'effet de la lumière (circulairement polarisée) du laser de pompe et de la lumière (non-polarisée) émise par fluorescence, et le résultat de cette compétition est difficile à quantifier. Pour tenter de s'en affranchir, on mesurera l'effet de la lumière de fluorescence émise par une cellule (soumise au pompage optique) sur une deuxième cellule disposée à proximité de la première.

Cette étude est une composante importante d'un travail de thèse portant sur l'étude des processus relaxant la polarisation nucléaire dans un plasma d'hélium3 soumis à un pompage optique intense (l'autre composante est la détection de molécules He2*, cf l'autre stage proposé par notre équipe). Nous espérons déterminer dans quelles circonstances (en particulier en termes de géométrie des cellules) cette réabsorption est responsable d'une limitation significative de l'orientation nucléaire créée par le pompage, et trouver des stratégies pour diminuer son effet relaxant. Les objectifs sont d'une part de comprendre l'origine des limitations rencontrées lors du pompage optique de l'hélium dans les conditions habituelles et de repousser ces limitations, et d'autre part d'améliorer encore les performances du pompage dans les conditions exotiques récemment explorées. Les enjeux de ce travail sont autant fondamentaux que pratiques, notamment pour aboutir à une meilleure efficacité du processus de pompage optique pour toutes les applications qui requièrent de l'hélium très polarisé et très dense.

Quelques références :
Abboud, M., Thèse Paris 2002, "Pompage optique de l'hélium3 à forte pression dans un champ magnétique de 1.5 Tesla"
Courtade, E., Thèse Paris 2001 "Pompage optique de l'hélium dans des conditions non-standard"