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Claude Cohen Tannoudji

Prix Nobel en 1997 pour le ralentissement et le piégeage des atomes par la lumière laser.

Ses travaux sont à la source des recherches actuelles de l'IFRAF.



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Accueil du site > Thèses et habilitations > Soutenance de thèse de Sandrine Galtier : « Spectroscopie haute precision de la transition 1S-3S de l’atome d’hydrogène en vue d’une détermination du rayon du proton »

Soutenance de thèse de Sandrine Galtier : « Spectroscopie haute precision de la transition 1S-3S de l’atome d’hydrogène en vue d’une détermination du rayon du proton »

Lundi 22 septembre à 14h, campus de Jussieu, amphi Herpin du bâtiment Esclangon, 4 place Jussieu 75005 Paris

Spectroscopie haute precision de la transition 1S-3S de l’atome d’hydrogène en vue d’une détermination du rayon du proton

La précision des calculs théoriques d’électrodynamique quantique dans l’atome d’hydrogène est actuellement limitée par la constante de Rydberg et la distribution de charge du proton. La comparaison entre ces calculs et les mesures expérimentales de deux fréquences de transition dans l’hydrogène permet d’extraire ces deux constantes. La mesure de la transition 1S-2S est la plus précise à ce jour avec une incertitude relative de 10-15. L’objectif de mon travail de recherche est d’améliorer la précision de mesure de la fréquence de la transition 1S-3S, pouvant être utilisée comme la deuxième mesure nécessaire. La transition 1S-3S est sondée par une excitation à deux photons à 205 nm, permettant de s’affranchir de l’effet Doppler du 1er ordre. Ce faisceau UV est produit par somme de fréquence dans un cristal non linéaire. L’onde lumineuse délivrée par un laser Titane-saphir à 894 nm est sommée avec un faisceau à 266 nm produit par doublage d’un laser Nd-YO4. Cette somme de fréquence délivre un faisceau continu à 205 nm d’une puissance de 15 mW. La distribution de vitesse du jet atomique, dont la connaissance est indispensable pour évaluer l’effet Doppler du 2e ordre, est déterminée grâce à l’effet Stark motionnel où l’action d’un champ magnétique produit un décalage en fréquence quadratique en vitesse. Les fréquences des deux lasers sources sont mesurées à l’aide un peigne de fréquence optique. La fréquence de la transition 1S-3S déterminée durant ma thèse conduit à une valeur préliminaire du rayon du proton, qui serait en contradiction avec celle préconisée par le CODATA.


High precision spectroscopy of the 1S-3S transition of hydrogen to determine the proton radius.

The precision of quantum electrodynamics calculations on the hydrogen atom is currently limited by the Rydberg constant and the proton charge radius. These two constants can be extracted by the comparison between the theoretical predictions and two different frequency measurements on hydrogen. The 1S-2S transition is the most resolved one with a relative uncertainty of 10-15. The aim of my thesis is to improve the precision on the 1S-3S transition frequency, which can be used as the second precise measurement. The 1S-3S transition is excited by a two-photon process at 205 nm allowing to avoid the first order Doppler effect. This UV light beam is generated by frequency mixing in a non linear crystal. A 894 nm light beam delivered by a Ti:Sa laser is mixed with a 266 light beam generated by doubling a Nd-YO4 laser. This frequency mixing generates 15 mW of a continuous laser beam at 205 nm. To evaluate the second Doppler effect, the velocity distribution of the atomic jet is determined thanks to the motional Stark effect : the presence of a magnetic field creates a quadratic frequency shift on velocity. The frequencies of the two lasers sources are measured thanks to an optical frequency comb. Eventually, the frequency of the 1S-3S transition is determined with a relative uncertainty of 10-12. Initial results lead to a preliminary value of the proton charge radius which is in contradiction with the CODATA value.

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