BMV Biréfringence du vide et des coatingsreseau-femto.cnrs.fr/IMG/pdf/24-Minutes-carlo_rizzo__lcar_toulouse_-CRizzo_JCP_LAL... · 1 C.Rizzo JCP LAL_3/4/09 BMV Biréfringence du vide

1

C.Rizzo JCP LAL_3/4/09

BMV

Biréfringence du vide et des coatings

Carlo RIZZOLaboratoire Collision Agrégats Réactivité

Université de Toulouse, UPSet

CNRS

2


BMV

L’expérience BMVIntroductionRésultats récentsBMV : le film !Perspectives

La mesure de la biréfringence des miroirsNos mesuresMesures existantesCalcul Conclusions

Plan de l’exposé

3


BMV

vide

Δn (vide) = 4. 10-24 B2 (B en Tesla)

Δn (vide) ≈ 10-8 Δn (hélium CNTP)2,4. 1011 atomes d'hélium par cm3

donnent le même effet que le vide

Effet Cotton-Mouton : biréfringence magnétiqueDécouvert par J. Kerr (1901) et Q. Majorana (1902), caractérisé par A. Cotton et H. Mouton (1904-1914)

Lumière linéairement polarisée

Lumière elliptiquement polarisée

LT 1

Bn2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Δ

λπ

=Ψ

L

Ψ = ellipticité

Prédiction de l’EléctroDynamique Quantique (1935) : Biréfringence Magnétiquedu Vide

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BMV

Propagation d’un photon dans le vide quantique en présence d’un champ

c – δc

O(α3)1,5 % du terme d’O(α2)V.I.Ritus,Sov. Phys. JETP 42, 774 (1975)

O(α2)

5


BMV

Défi expérimental :

0

2

54e

32 B 648

40501cm15

2nμ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ α

π+

α=Δ

h

( )[ ]2

24

T 1B 10 000005,0031699,4n ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛±=Δ −

Constantes fondamentales : 2006 codata

O(α3)

O(α4)

O(α5)

V.I.Ritus,Sov. Phys. JETP 42, 774 (1975)

?

?

Défi théorique !

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BMV

L’expérience

Biréfringence Magnétique du Vide

Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité, Toulouse, B.Pinto Da Souza, M.Fouché, C.Robilliard, G.Bailly, C.Rizzo …

Laboratoire National Champs Magnétiques Intenses, ToulouseP.Berceau, F.Bielsa, J.Mauchain, M.Nardone, R.Battesti …

En collaboration avec Laboratoire Matériaux Avancés-VIRGO, LyonL.Pinard, J-M.Mackowski …

ProgrammeNationalParticuleUnivers

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BMV

9 kA 10 kA 11 kA

pression magnétique

Génération de champs magnétiques intenses

Seule méthode : Faire circuler un courant électrique fort

Deux problèmes :

conducteur ultra fort

renfort externe

Force de Lorentz : pression magnétique

Échauffement Refroidissement

Supraconducteur (limité par Bcrit)

Fonctionnement pulsé

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BMV

25 cm

Champ transverse

Xcoil

B

Lumière

9


BMV

14.014.0

13.013.0

12.012.0

111.01.0

10.010.0

9.09.0

8.08.0

7.07.0

6.06.0

5.05.0

4.04.0

3.03.0

2.02.0

1.01.0

0.00.0

TT

22222020181816161414121210108866442200

msms

'champ@10_960V'champ@10_960V'''champ@1'champ@11_1200V1_1200V'''champ@12_1440V'champ@12_1440V'''champ@13_1680V'champ@13_1680V'''champ@14_1840V'champ@14_1840V'''champ@15_2080V'champ@15_2080V'''champ@16_2240V'champ@16_2240V'''champ@17_2400V'champ@17_2400V'''champ@18_2640V'champ@18_2640V'''champ@19_2720V'champ@19_2720V'''champ@20_2880V'champ@20_2880V'''champ@21_3040V'champ@21_3040V'''champ@22_3200V'champ@22_3200V'''champ@23_3360V'champ@23_3360V'''champ@24_3520V'champ@24_3520V'''champ@25_3680V'champ@25_3680V'''champ@26_3840V'champ@26_3840V'''champ@27_4000V'champ@27_4000V'''champ@28_4160V'champ@28_4160V'''champ@29_4320V'champ@29_4320V''

La bobine dans son cryostat à azote liquide

8300 A

Taux de répétition : 5 impulsions par heure

B = 14,3 T

B²L = 28 T²m

100 impulsions à 11.5 T100 impulsions à 12.5 T


BMV

FSR = 68 MHz

Rayon de courbure des miroirs : 8 mLongueur de la cavité : 2,2 m

Waist : 1,1 mm


BMV

Fréquence de modulation EO : 10,1 MHz

Asservissement du laser à la cavité par la méthode de Pound Drever Hall

Rétroaction via un AO (Hautes fréquences)et Peltier Laser (Basses fréquences)


BMV

τ = 307 μsF = 131 000FWHM = 520 HzQ = 5,4 1011

Décharge de la cavité

Arrêt du laser

Laser asservi

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BMV

Laser

Analyseur

Miroir #1 Miroir #2

Polariseur

Aimant #1 Aimant #2

Montage expérimental

2,2 m

LMA IN2P3

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BMV

Laser

AnalyseurMiroir #1 Miroir #2

Polariseur

Aimant #1 Aimant #2

Salle expérimentale au LNCMI

Salle à empoussièrement contrôlé

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BMV

Ii It

ΓIt

Iext

Ψ(t)

B(t)

2

itFTII ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛π

=

( ) ( ) 22222 )()(2)( tItIItIII tttttext Ψ+ΓΨ+Γ+σ=Ψ+Γ+σ=

( )Γ−

ΓΓ+σ−

+Γ=Ψ 2

22

1)(t

text

III

tt

text

III 2σ−

=Γ

pour 0)(

avec

Γ ellipticité due aux miroirsΨ(t) ellipticité à mesurerσ2 extinction des polariseurs

F, finesseT, transmittivité

des miroirs

=Ψ t

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BMV

2)t(B )t( α=Ψdt)t(B

dt)t(B )t(

T

0

4

T

0

2

∫

∫Ψ=α avec B(0)=B(T)=0

Simulation d’une ellipticité bruitée

100 mesures

Corrélation avec B(t)2

<α>

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BMV

LE FILM !

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BMV

Laser asservi

Laser non asservi

Faisceau ordinaireà l’extinction

Faisceau extra-ordinaire

B2

Δn = 2,4. 10-16ThéorieNotre valeur préliminaireΔn = (2,1±0,4) 10-16

Mesure de l’effet Cotton-Mouton de l’hélium (1 atm, 19 °C)

A ce jour, seules deux valeurs expérimentales sont publiées

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BMV

32 cm70 cm

700 t sur les vis !!

B > 25 T, I > 27 000 A

B2L > 200 T2.m

Ø3,6 cm Corps en usinageau LNCMI

Test avant l’été

Prochaine bobine :

3 bobines ! Montage finale

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BMV

Cavité optique = lame biréfringente équivalente

Les miroirs sont des lames biréfringentes

δ1

δ2

Retard de phase induit par chaque miroir

δ

Retard de phase induit par la cavité

ΓEllipticité induitepar la cavité

2δ

=Γ

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BMV

( )( )eqp θ−θδ

=Γ 2sin4

22

2EQ

Fδ

π=δ

2

( ) WPEQ θδδ+δ−δ=δ 221

221 cos4

WP

WP

EQ

θδδ+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

δδ

θ+δδ

=θ2

2

1

2

2

1

2

1

cos4)1

2cos2cos

avec

et

et Γ varie en fonctionde θWP

δEQ retard de phase de la lame équivalente

θWP orientation des axes de la lame équivalente

22


BMV

Nos mesures

F ≈ 5 000

F ≈ 110 000

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BMV

Mesures publiées

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BMV

F=314F=314 000

Résumé

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BMV

Simulation numérique

Nous avons développé un codequi propage les ondes électromagnétiques dans les couchesdiélectriques du miroir

A chaque couche nous pouvons attribuer une biréfringence et un axe propre

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BMV

Pour reproduire l’allureexpérimentale il semblesuffisant d’introduire une biréfringence uniquementsur la couche la plus proche du substrat !!

F. Bielsa et al., manuscrit soumis à APB

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BMV

En conclusion :

Encore une surprise !Faisceau extraordinaire

Faisceau ordinaireà l’extinction

Comportement différent !

Pourquoi ?

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BMV

Biréfringence du vide et des coatings

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