Moment dipolaire électrique d'un électron utilisant du césium dans une matrice cryogénique // Electron Electric Dipole Moment using Cs in cryogenic matrix

Les moments dipolaires électriques (EDM) des électrons, neutrons ou noyaux constituent des sondes sensibles pour explorer une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard. Dans ce projet nous proposons de mesurer l'EDM de l'électron en utilisant des particules intégrées dans une matrice solide cryogénique de gaz rare ou d'hydrogène. Les matrices permettent des tailles d'échantillons sans précédent tout en conservant les caractéristiques d'une expérience de physique atomique, comme la manipulation par laser. Une expérience EDM sur des atomes et molécules dans des matrices de gaz inertes pourrait atteindre une sensibilité statistique de l'ordre de 10⁻³⁶ e.cm, un niveau de précision nettement supérieur à toute autre technique proposée.

En collaboration étroite entre des groupes expérimentaux (LAC, ISMO, LPL) et théoriques (CIMAP), nous visons à examiner en détail les effets limitants, notamment la dépendance au site de piégeage pour le pompage optique et les temps de cohérence, en utilisant des atomes métalliques (comme le césium) dans des matrices d'argon et de parahydrogène, en vue d'une première mesure de preuve de concept. Cette approche ouvrira la voie à une sensibilité sans précédent. Lors de ce stage, prolongeable en thèse, nous proposons d'installer le cryostat avec l'argon et de réaliser les premiers tests de dynamique de spin en radiofréquence ainsi qu'une étude de la structure hyperfine du césium dans une matrice d'argon. Une collaboration avec des collègues de l'Université de Reno aux États-Unis démarrera également en parallèle.
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Electric Dipole Moments (EDMs) of electrons, neutrons or nuclei are sensitive probes for new physics beyond the Standard Model of particle physics. In the present project , we propose to measure the electron EDM using embedded particles in a cryogenic solid matrix of rare gas or hydrogen. Matrices offer unprecedented sample sizes while maintaining many characteristics of an atomic physics
experiment, such as manipulation by lasers. An EDM experiment on atoms and molecules in inert gas matrices has the potential to reach a statistical sensitivity in the order of 10-36e.cm; a value several orders of magnitude beyond that of any other proposed technique. In a strong collaboration between experimental (LAC, ISMO,LPL) and theoretical (CIMAP) groups, we seek to perform a detailed investigation of all limiting effects (trapping site dependence of optical pumping and coherence times mainly) using metal atoms (Cs typically) in argon and parahydrogen matrices in view of
a first proof of principle EDM measurement. This will pave the way toward unprecedented sensitivity. During this internship (that can continue in a PhD) we propose to setup the cryostat with argon and make the first test of RF spin dynamics and hyperfine structure study of cesium embedded in an argon matrix. Collaboration with US colleague at
Reno University will also start at the same time.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : http://www.lac.universite-paris-saclay.fr/?page_id=1940&lang=en

Programme pour normalien ENS Paris-Saclay

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Nous recherchons un(e) candidat(e) avec une formation solide en physique expérimentale, idéalement en physique atomique ou quantique, une maîtrise des techniques de cryogénie et de manipulation laser serait idéale. Des compétences en analyse de données et un goût pour le travail en équipe sont essentiels.
We are seeking a candidate with a strong background in experimental physics, ideally in atomic or quantum physics. Skills in data analysis and a keen interest in teamwork are essential.'