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 et la mise au point d'une source laser compacte accordable à 465 nm destinée à exciter des transitions optiques de ces molécules He2*. Elle sera constituée de deux diodes laser vers 930 nm et d'un étage d'addition de fréquences dans un cristal non-linéaire (PP-KTP). Ce laser sera utilisé pour mesurer des spectres d'absorption et/ou de fluorescence de molécules d'hélium dans des plasmas, et ainsi étudier quantitativement la répartition et la densité de ces molécules pour différentes pressions de gaz et différents régimes de décharge.

Ce développement est une étape importante d'un travail de thèse, où ce laser bleu sera utilisé pour étudier la distribution des molécules dans diverses situations de pompage optique (une autre partie importante sera l'étude des effets de diffusion multiple de la lumière, cf l'autre stage proposé par notre équipe). Nous espérons valider l'hypothèse que les molécules sont responsables d'une importante relaxation de l'orientation nucléaire créée par le pompage, et trouver des stratégies pour diminuer leur densité ou leur 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.et al., "High nuclear polarisation of helium-3 at low and high pressure by metastability exchange optical pumping at 1.5 Tesla", Europhysics Letters 68 (2004) 480.
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"