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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (14/12/2007), Michèle Leduc (Dir.)
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Molécules Exotiques d'Hélium
Maximlien Portier1

Nous étudions la photoassociation dans un gaz d'hélium métastable 4He(23S1) ultrafroid piégé magnétiquement : des paires d'atomes en collision interagissent avec un ou deux champs laser pour former des molécules à purement longue portée 4He2(23S1-23P0), ou longue portée 4He2(23S1-23S1).
Des décalages lumineux dans la spectroscopie à un photon sont observés, et étudiés en fonction de l'intensité et la polarisation du laser de photoassociation, ainsi que l'état vibrationnel de la molécule photoassociée. Ils sont le résultat du couplage lumineux entre la molécule excitée et le continuum d'états de diffusion et les états liés de l'interaction entre deux atomes métastables. Leur analyse quantitative permet de déterminer la longueur de diffusion a=7.2 ± 0.6 nm caractéristique des collisions entre atomes métastables polarisés.
La photoassociation à deux photons est utilisée pour mettre en évidence des molécules 4He2(23S1-23S1) polarisées et de forte élongation. Celles-ci sont qualifiées d'exotiques, puisqu'elles sont constituées de deux atomes métastables, portant chacun une énergie interne de 20 eV suffisante pour ioniser l'autre. Les formes de raies obtenues par cette spectroscopie sont calculées et décomposées en sommes et produits en profils de Breit-Wigner et de Fano associés à des processus à un et deux photons. Leur ajustement aux données expérimentales permet de déterminer la durée de vie intrinsèque de la molécule tau=1.4±0.3 ms. Nous tentons d'interpréter cette durée de vie en terme d'autoionisation Penning induite par relaxation de spin. Nous montrons que cette hypothèse implique qu'il y ait un état quasi-lié proche de dissociation dans le potentiel d'interaction singulet entre atomes métastables pour rendre compte des expériences.
1 :  LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel
atomes froids – hélium métastable – photoassociation – molécules exotiques – ionisation Penning

Exotic Helium Molecules
We study the photoassociation of an ultracold cloud of magnetically trapped helium atoms : pairs of colliding atoms interact with one or two laser fields to produce a purely long range 4He2(23S1-23P0) molecule, or a 4He2(23S1-23S1) long range molecule.
Light shifts in one photon photoassociation spectra are measured and studied as a function of the laser polarization and intensity, and the vibrational state of the excited molecule. They result from the light-induced coupling between the excited molecule, and bound and scattering states of the interaction between two metastable atoms. Their analysis leads to the determination of the scattering length a=7.2 ± 0.6 ruling collisions between spin polarized atoms.
The two photon photoassociation spectra show evidence of the production of polarized, long-range 4He2(23S1-23S1) molecules. They are said to be exotic as they are made of two metastable atoms, each one carrying a enough energy to ionize the other . The corresponding lineshapes are calculated and decomposed in sums and products of Breit-Wigner and Fano profiles associated to one and two photon processes. The experimental spectra are fit, and an intrinsic lifetime τ=1.4±0.3 μs is deduced.
It is checked wether this lifetime could be limited by spin-dipole induced Penning autoionization. This interpretation requires that there is a quasi-bound state close to the dissociation threshold in the singlet interaction potential between metastable helium atoms for the theory to match the experiment.
Cold atoms – metastable helium – photoassociation – exotic molecules – Penning ionization