Habillage quantique ultrarapide d'un atome par laser à électrons libres
Saikat Nandi (équipe Structure & Dynamique Multi-échelle des Édifices Moléculaires), en collaboration avec des collègues de Lund, Trieste, Göteborg, Paris, Cassel et Hambourg, a publié un article intitulé "Observation of Rabi dynamics using a short-wavelength free-electron laser" dans la revue Nature.
Un champ de rayonnement interagissant de manière cohérente avec un système quantique à deux niveaux peut transférer périodiquement la population entre les deux niveaux. C'est ce qu'on appelle les oscillations de Rabi, du nom d'Issac I. Rabi qui l'a découverte pour les fermions dans un champ magnétique. Souvent, les oscillations de Rabi dans le domaine temporel se manifestent par le doublet Autler-Townes dans le domaine énergétique. Elle a servi de base au développement du concept « atome + photon » de Claude Cohen-Tannoudji, qui a montré que les états quantiques habillés couplés par le champ externe forment un croisement évité en fonction du désaccord énergétique du photon. Ensemble, ces concepts font partie des pierres angulaires de l'optique quantique.
Nous montrons qu'il est possible de piloter des oscillations de Rabi entre deux niveaux dans un atome d'hélium en utilisant des impulsions cohérentes intenses dans le domaine ultraviolet extrême ou UVX (énergie photonique: 23,74 eV) à partir d'un laser à électrons libres (FERMI à Trieste, Italie). Avec cela, nous avons pu observer la formation d'un croisement évité entre les deux états habillés couplés via le champ XUV sur une échelle de temps ultra-rapide (50 femtosecondes). Cela prouve que le concept « atome + photon » développée pour les grandes longueurs d'onde (de l'infrarouge au visible) peut désormais s'appliquer aux processus physiques aux courtes longueurs d'onde (du UVX aux rayons X). Cela ouvre de nouvelles voies pour manipuler la matière quantique, bien qu'à des longueurs d'onde courtes ainsi qu'à une échelle de temps ultracourte. A terme, il permettra de contrôler le rayonnement de courte longueur d'onde avec la même précision que celui du rayonnement de grande longueur d'onde, ouvrant la voie à l'étude des phénomènes prédominants en optique quantique dans le domaine UVX et rayons X.
Nous montrons qu'il est possible de piloter des oscillations de Rabi entre deux niveaux dans un atome d'hélium en utilisant des impulsions cohérentes intenses dans le domaine ultraviolet extrême ou UVX (énergie photonique: 23,74 eV) à partir d'un laser à électrons libres (FERMI à Trieste, Italie). Avec cela, nous avons pu observer la formation d'un croisement évité entre les deux états habillés couplés via le champ XUV sur une échelle de temps ultra-rapide (50 femtosecondes). Cela prouve que le concept « atome + photon » développée pour les grandes longueurs d'onde (de l'infrarouge au visible) peut désormais s'appliquer aux processus physiques aux courtes longueurs d'onde (du UVX aux rayons X). Cela ouvre de nouvelles voies pour manipuler la matière quantique, bien qu'à des longueurs d'onde courtes ainsi qu'à une échelle de temps ultracourte. A terme, il permettra de contrôler le rayonnement de courte longueur d'onde avec la même précision que celui du rayonnement de grande longueur d'onde, ouvrant la voie à l'étude des phénomènes prédominants en optique quantique dans le domaine UVX et rayons X.
