Projet ANR-12-BS04-0020 – COLORI : Collisions moléculaires ultrafroides en présence d'interactions à longue portée dans des géométries confinées
Programme : Blanc - SIMI 4 - Physique des milieux condensés et dilués (Blanc SIMI 4)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Andrea SIMONI (Institut de Physique de Rennes)
Partenaires : Institut de Physique de Rennes; Institut de Physique de Rennes
Montant : 239017.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : Collisions moléculaires ultrafroides avec interactions à longue portée dans des géométries confinéesModélisation théorique et étude expérimentale de collisions moléculaires en présence d'interactions à longue portée dans des géométries confinées. 
Gaz ultrafroids confinés : expériences et modélisationProduction de molécules polaires ultrafroides dans l'état fondamental. Étude du contrôle de la réactivité par confinement géométrique. Effets du micro mouvement sur les collisions dans une piège de Paul.Développement d'une suite de programmes pour l'étude de collisions avec interactions à longue portée dans de différentes géométries (réseaux optiques, micropièges, pièges à ions,...).
Refroidissement et piègreage moléculaire et dynamique quantiqueRefroidissement laser et par évaporation d'un gaz atomique. Association magnétique de molécules et transfert à deux photon dans l'état fondamental. Approche d'équations couplés et de paquets d'onde. Méthodes spectrales pour la résolution de l'équation de Schroedinger.
Résumé de la soumission : Le projet COLORI concerne la modélisation théorique et l'étude expérimentale de collisions moléculaires en présence d'interactions à longue portée dans des géométries confinées. Ce projet réunit une équipe théorique et une équipe expérimentale. Le coordinateur IPR-Rennes a un grand savoir-faire dans le domaine de la dynamique moléculaires, le LENS-Florence est reconnu internationalement pour sa contribution à l'étude expérimentale de gaz atomiques et moléculaires ultrafroids.L'importance de l'activité de recherche portant sur les gaz ultrafroids est soulignée par le nombre de groupes expérimentaux qui ont développé la capacité de refroidir et de manipuler une grande variété d'atomes, de molécules et d'ions. Les collisions binaires jouent un rôle essentiel dans la physique des gaz ultra-froids. En effet, l'efficacité des schémas de refroidissement ainsi que les phases quantiques d'un gaz ultrafroid dépendent des amplitudes de diffusion élastiques et inélastiques. La compréhension quantitative des collisions binaires ultrafroides est donc essentielle pour l'interprétation des expériences portant sur les gaz quantiques. La dynamique des collisions peut souvent être comprise en détail et en plus, être contrôlée avec précision. Les champs externes sont les outils de choix pour contrôler les collisions binaires, soit en influençant directement le mouvement de translation des partenaires de la collision soit en manipulant leur structure interne. Deux tâches principales sont au coeur du projet.La première concerne l'étude théorique et expérimentale d'effets de confinement sur les collisions de molécules KRb bosoniques. L'activité expérimentale en cours au LENS inclut la mise en œuvre d'un système laser pour le transfert de molécules vers le niveau fondamental. Cette étude devrait permettre de déterminer l'interaction entre forces dipolaires, électriques et optiques. Ce sujet a un grand intérêt en vue de contrôler les processus réactifs pouvant limiter le temps de vie du gaz. Les effets du confinement seront étudiés en particulier dans des réseaux optiques de différentes dimensions spatiales  et pour diverses symétries. Les outils développés pendant le projet seront utilisés pour décrire une série de résonances de nature géométrique ainsi que des processus de collision induits par le réseau. Pour cela, des nouvelles approches méthodologiques et numériques devront être développées. Le prise en compte des couplages hyperfins lors des collisions entre molécules devrait permettre l'étude de nouveaux phénomènes de résonance et d'interférence quantique.La deuxième partie du projet COLORI concerne l'étude des collisions atome-ion en présence d'effets du couplage hyperfin ainsi que d'un piége ionique dynamique. Des nouvelles voies pour contrôler la dynamique seront explorées grâce par la prise en compte simultanée des effets du couplage hyperfin et de la quantification de Landau du mouvement de l'ion en champ magnétique. Les effets du micromouvement seront étudiés lors d'une collision atome-ion à l'aide de méthodes indépendantes du temps ainsi que d'approches dépendantes du temps de type paquet d'onde. La réalisation de portes logiques atome-ion et le refroidissement sympathique des ions par des atomes ultrafroids ne représentent que deux exemples d'application nécessitant une modélisation quantitative. Le développement de codes numériques, objet de notre proposition, devrait fournir des résultats de référence pour les approches effectives ou perturbatives à la diffusion dans un environnement confiné.Le projet COLORI est bien équilibré en ce qui concerne la répartition des taches scientifiques entre les équipes de l'IPR et du LENS, et entre chercheurs jeunes et confirmés. Des rencontres périodiques de coordination sont prévues. La publication d'articles dans des journaux à comité de lecture, et les présentations lors de conférences assureront la diffusion des résultats obtenus dans le projet.
Résultats : Le projet est en cours. Les résultats à six mois sont :
- étude de l'effet d'Efimov au voisinage de résonances étroites
- développement et exploitation d'un programme pour collisions moléculaires dans des géométries quasi-1D
- modèle 3D pour l'étude de l'effet du micromouvement sur les collisions atome-ion
Perspectives : Le projet se déroule en accord avec le plan de travail.
Publications et brevets : 1 article soumis à Phys. Rev. Lett. (rapports favorables reçus)
2 présentations orales invitées dans des conférences internationales