Ultrafast electro-nuclear dynamics of H2 double ionization

The ultrafast electronic and nuclear dynamics of H2 laser-induced double ionization is studied using a time-dependent wave packet approach that goes beyond the fixed nuclei approximation. The double ionization pathways are analyzed by following the evolution of the total wave function during and after the pulse. The rescattering of the first ionized electron produces a coherent superposition of excited molecular states which presents a pronounced transient H+H- character. This attosecond excitation is followed by field-induced double ionization and by the formation of short-lived autoionizing states which decay via double ionization. These two double ionization mechanisms may be identified by their signature imprinted in the kinetic-energy distribution of the ejected protons

Theoretical study of a cold atom beam splitter

A theoretical model is presented for the study of the dynamics of a cold atomic cloud falling in the gravity field in the presence of two crossing dipole guides. The cloud is split between the two branches of this laser guide, and we compare experimental measurements of the splitting efficiency with semiclassical simulations. We then explore the possibilities of optimization of this beam splitter. Our numerical study also gives access to detailed information, such as the atom temperature after the splitting

Les scientifiques face à l’armement et au désarmement

Les relations entre la science et la guerre, entre les scientifiques et les armes, sont ambiguës : les recherches mènent souvent à des technologies duales, à usage civil ou militaire, et si les questions éthiques sont apparues dès le début du 20e siècle, c’est l’arme nucléaire et sa capacité d’anéantissement qui ont induit de véritables interrogations et des mobilisations d’ampleur. Le mouvement international Pugwash, né en 1957, rassemble ainsi des scientifiques de tous pays, transcendant les idéologies, et s’efforce de mener une diplomatie parallèle pour informer les politiques des dangers grandissants de l’arme nucléaire, mais aussi d’autres «systèmes d’armes» de plus en plus sophistiqués et multitechniques. Une réflexion éthique des scientifiques travaillant, parfois à leur insu, à apporter de nouveaux pouvoirs aux militaires et aux états, est plus nécessaire que jamais.Bordé Jacques, Suzor-Weiner Annick. Les scientifiques face à l’armement et au désarmement. In: Recherches Internationales, n°116, 2019. Course aux armements ou désarmement ? pp. 165-182

Etats électroniques des ions moléculaires multichargés transitoires produits par une impulsion laser femtoseconde intense

Les états électroniques des ions moléculaires multichargés transitoires produits par une impulsion laser femtoseconde intense sont étudiés sous différents aspects expérimentaux et théoriques. Les états très excités sont appréhendés pour des éclairements laser de 1017 W/cm2 grâce à des mesures de fluorescence des fragments atomiques multichargés issus de l'explosion moléculaire. Ces mesures révèlent de façon directe l'existence d'ions moléculaires multichargés dans des états très excités et montrent que l'efficacité de production de ces ions dépend fortement de la configuration électronique initiale du système. Les états peu excités sont étudiés grâce aux spectres d'énergie cinétique de fragmentation dans la gamme d'éclairements de 1015-1016 W/cm2. Les spectres d'énergie expérimentaux sont discutés à l'aide de calculs de courbes de potentiel d'états électroniques d'ions moléculaires multichargés. Dans le cas de la fragmentation des molécules N2 et O2, la comparaison des résultats expérimentaux et théoriques révèle l'existence de plusieurs états peu excités des ions moléculaires correspondants et permet d'expliquer l'énergétique de la fragmentation des ions (N2)4+ et (O2) 4+ sans évoquer un étirement de la molécule pendant le processus de multiionisation. La population des états très excités est appréhendée grâce à une expérience à deux impulsions basée sur l'anisotropie d'émission des fragments, dont l'origine est caractérisée expérimentalement et interprétée à l'aide d'un modèle bidimensionnel de type Thomas-Fermi de l'interaction laser-molécule. Les expériences pompe-sonde montrent que la population des états très excités est négligeable pour des éclairements de 5x1015 W/cm2 . L'anisotropie d'émission des fragments est due à une réorientation très rapide de l'ensemble du système moléculaire. Les calculs théoriques montrent que la réorientation à lieu pendant le processus de multiionisation et d'explosion coulombienne et que sa rapidité augmente avec l'éclairement laser.Electronic states of transient multicharged molecular ions produced by an intense femtosecond laser pulse are studied using different experimental and theoretical techniques. Highly excited states are investigated in the 1017 W/cm2 laser intensity range with the help of fluorescence spectra of multicharged atomic fragments coming from the molecular explosion. These measures show the existence of highly excited multicharged molecular ions in a straightforward way. The production, efficiency of these highly excited ions strongly depends on the initial electronic configuration. Low excited states studies are based on fragmentation kinetic energy release spectra in the 1015-1016 W/cm2 laser intensity range. These spectra are analyzed with the help of calculations of potential energy curves of multicharged molecular ion electronic states. For the fragmentation of N2 and O2 molecules, the comparison of experimental and theoretical results shows the existence of several low excited states of the corresponding molecular ions and allows to explain the fragmentation energy release of (N2) 4+ and (O2)4+ ions without resorting to any stretching of the molecule during the multiple ionization process. Population of highly excited states is studied using a two-pulse experimental set-up based on the fragments emission anisotropy. The origin of this anisotropy is experimentally investigated and interpreted with the help of a Thomas-Fermi bidimensional model of the laser-molecule interaction. Pump-probe experiments show that the population of highly excited states is negligible in the 5x1015 W/cm2 laser intensity range. The fragments emission anisotropy is due to a very fast re-orientation of the molecular system. Theoretical calculations show that re-orientation takes place during the multiple ionization process and Coulomb explosion and gets faster as the laser intensity is increased.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Explosion coulombienne de H2 induite par une impulsion laser intense sub-10 fs

Le but de cette thèse est l'étude expérimentale et théorique de l'interaction de la molécule H2 avec des impulsions laser sub-10 fs. Son explosion coulombienne reflète la dynamique électronique. Cette dernière est appréhendée expérimentalement en mesurant les spectres d'énergie cinétiques des protons en fonction des paramètres laser d'excitation. Le modèle théorique, à 2 électrons actifs, est basé sur l'équation de Schrödinger dépendant du temps dans lequel la distance internucléaire est traitée de façon quantique. Ce modèle permet d'accéder à la dynamique e lectronique attoseconde durant l'interaction entre H2 et l'impulsion laser. Les résultats montrent la translation des spectres d'énergie cinétique vers les énergies plus élevées lorsque la durée de l'impulsion passe de 40 fs, expérimentalement à 1 fs théoriquement. Les résultats théoriques montrent que le spectre d'énergie cinétique des protons est déplacé vers les énergies plus basses lorsque la phase absolue des impulsions les plus courtes change. Lorsque l'éclairement augmente, les spectres d'énergie cinétique sont centrés autour d'une énergie plus élevée. Deux régimes d'ionisation double sont aussi mis en évidence théoriquement pour des impulsions de 4 fs. La sensibilité de H2 à la qualité temporelle de l'impulsion laser permet une détection des pré- ou post-impulsions. Les résultats théoriques permettent d'analyser les différentes voies d'ionisation double menant à cette détection. Enfin, les différentes ionisations doubles sont étudiées et les résultats mettent en évidence la dynamique électronique attoseconde de la recollision et l'influence de cette dernière sur la dynamique nucléaire femtoseconde.The goal of this PhD. work is the experimental and theoretical study of the interaction of H2 with sub-10fs-laser pulses. Through its Coulomb explosion, one can image the electronic dynamics, which can be apprehended experimentally by measuring the protons kinetic energy release (KER) as a function of the parameters of the laser pulse. The double-active-electron theoretical model is based on the time dependent Schrödinger equation in which the internuclear distance is a quantum variable. With this model, one can reach the attosecond electronic dynamics during the laser-H2 interaction. Results show the translation of the KER when the laser pulse duration ranges from an experimental 40 fs to a theoretical 1 fs laser pulse. Theoretical results show that the KER is again translated to lower kinetic energies when the carrier envelope phase changes. As the intensity increases, KER are centered around higher kinetic energies. Furthermore, the existence of two double ionization regimes are demonstrated with the theoretical model with 4fs-laser pulses. The sensitivity of H2 to the temporal quality of the pulse allows one to detect pre- or postpulses. Theoretical results are used to analyse the different double ionization channels leading to such a detection. Finally, the different double ionization mechanisms are studied and the results show that the attosecond electronic dynamics of the rescattering mechanism has an influence on the femtosecond nuclear dynamics.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Collisions électrons-ions moléculaires (états résonnants et dynamique de dissociation)

La recombinaison dissociative et les processus compétitifs (désexcitation vibrationnelle, excitation vibrationnelle, excitation dissociative etc.) sont particulièrement efficaces dans les nuages interstellaires où les conditions physiques extrêmes (très faible densité, basse température) favorisent les réactions exothermiques. Ils jouent aussi un rôle important dans d'autres types de plasmas " froids ". Dans ce travail, nous décrivons l'étude de la recombinaison dissociative et des processus connexes pour les ions moléculaires H2+, Ne2+ et HCNH+. Les premiers états moléculaires excités des molécules Ne2 et HCNH ainsi que leurs interactions sont calculés par des méthodes ab initio: calculs d'interaction de configurations dans la partie liée du spectre d'énergie et calculs de collisions électron-ion moléculaire par la méthode variationnelle complexe de Koh dans le continuum. Le traitement de la dynamique (H2+ et Ne2+ est faite dans le cadre de la théorie du défaut quantique multi-voies. Nous avons dû étendre le formalisme pour calculer de manière non perturbative la matrice de réaction K dans laquelle sont représentées toutes les interactions de courte portée, et pour prendre en compte de façon explicite les couplages non-adiabatiques entre voies de Rydberg ouvertes à la dissociation et avec le continuum de l'ion.Dissociative recombination and related processes are specially effective in interstellar media where the very low density and temperature favour exothermic reactions. They also play an important role in various types of cold plasmas. This work reports the study of dissociative recombination of H2+, Ne2+ and HCNH+ molecular ions. The molecular states and their mutual interactions (for Ne2+ + e- and HCNH+ + e- systems) are calculated by ab initio methods: CI calculations for the bound part of the energy spectrum and electron-molecule scattering within the framework of the complex Kohn variational method for the continuous part. The low-energy dynamics (H2+ et Ne2+) is then treated by the multichannel quantum defect method. Several extensions of the formalism were developed in order to take account of the off the energy shell effects and to explicitly include the non-adiabatic couplings of the Rydberg states open to dissociation either between them or with the ion continuum.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

La recherche, un droit mondial

La crise sanitaire nous fait prendre conscience de la mondialisation des problèmes sociétaux, qui touchent nos populations et encore plus celles des États où dominent la pauvreté et bien souvent la corruption. La crise suscite de forts élans de solidarité, auxquels les scientifiques sont naturellement associés, avec la responsabilité d’apporter leur expertise, nécessaire à la compréhension des phénomènes en cours

Étude théorique de la manipulation laser d'atomes froids

ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceTunisiaFRT

Le concours « Challenge Physique Expérimentale en Afrique »

« Challenge Physique Expérimentale en Afrique » est un concours soutenu (entre autres) par la Société Française de Physique, et qui a pour objet le développement de dispositifs innovants à bas coût, réalisables localement autour du thème enseignement et recherche en physique expérimentale. La première édition du concours s’est déroulée en 2017. Dix candidats sélectionnés ont reçu une formation expérimentale et ont présenté un projet comportant un module microcontrôleur. L’annonce du palmarès et la remise des prix ont eu lieu le 8 décembre 2017 au Cameroun, à Yaoundé