14 Fév 2020

Quand des collisions ralentissent la dissipation

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Fig. 1 : Représentation schématique de la mise en place expérimentale.

Comprendre les interactions d’un système quantique avec son environnement pour mieux appréhender les phénomènes naturels et les applications technologiques, c’est ce que l’équipe d’Olivier Faucher du département PHOTONIQUE (laboratoire ICB) et leurs confrères de l’Université de Paris-Saclay et de l’Université de Shanghai ont choisi d’étudier.

L’accouplement inévitable du système quantique à un environnement incontrôlé entraîne une dissipation souvent décrite à l’aide de l’approximation séculaire. C’est précisément ce qu’on choisi de testé les chercheurs de l’ICB dans le cas de la relaxation collisionnelle de rotateurs moléculaires, des travaux publiés le 18 décembre 2019 dans la revue Nature Communications.

Les résultats expérimentaux ont été obtenus grâce à l’élaboration une stratégie permettant de scruter la relaxation des molécules sur des échelles de temps comparables, voire inférieures, aux durées des collisions. Le principe consiste à aligner des molécules gazeuse à l’aide de deux impulsions laser très courtes et intenses, décalées temporellement d’une durée de l’ordre de quelques picosecondes.

Comparaison entre les constantes de temps τE d’amortissement collisionnel de l’écho d’alignement mesurés (cercles) à différents instants et les simulations numériques du modèle séculaire (tirets rouges) et non séculaire (tirets verts). Un mélange N2O-He comportant 96 % d’hélium et à une pression de l’ordre de 20 fois la pression atmosphérique est utilisé. Les effets non séculaires, clairement visibles en deçà de 10 ps, se moyennent à zéro aux temps plus longs (1 amagat = 2,68×1025 m-3). En haut à droite, écho d’alignement observé après les deux pics d’alignement P1 et P2 créés par deux impulsions laser décalées d’une durée T. Celles-ci, de durée 100 fs et d’éclairement compris dans la gamme 20- 40 TW cm-2, sont délivrées par un laser titane saphir amplifié émettant un rayonnement à 800 nm à une cadence de 1 kHz. (Institut de physique)

L’équipe dijonnaise a ainsi pu observer des échos d’alignement présentants de nombreuses analogies avec les échos de spin ou de photons, bien qu’ils résultent de l’excitation simultanée d’un grand nombre de niveaux. En observant l’amplitude de l’écho en fonction de la densité du gaz, il est possible de mesurer la durée de décroissance collisionnelle associée à la relaxation des cohérences rotationnelles induites par les impulsions laser.

Ces travaux expérimentaux confrontés avec succès à des calculs de dynamique quantique, résulte de l’effet constructif de transferts non séculaires entre les cohérences rotationnelles du système et mettent à mal l’idée répandue que les interactions avec l’environnement sont purement dissipatives.

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