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La violation des symétries fondamentales de parité et de renversement du temps se manifeste dans l'atome à travers le moment dipolaire électrique, le moment quadripolaire magnétique ou le moment de Schiff. Dans les molécules, ces effets peuvent être amplifiés de plus de cinq ordres de grandeur grâce à l'existence de doublets de parité opposée ayant des écarts d'énergie extrêmement faibles. Les noyaux lourds qui présentent une déformation octupolaire renforcent davantage la brisure de symétrie, ce qui pourra finalement permettre d'observer la violation par des expériences de haute précision, en particulier dans les systèmes qui contiennent des atomes de francium, de radium ou d'un actinide.
Cependant, l'exploit de contraindre expérimentalement dans une molécule une symétrie fondamentale brisée reste à ce jour hors de portée. Certes un grand progrès technique a été réalisé au cours des 20 dernières années et a été appliqué aux systèmes atomiques, mais le domaine moléculaire demeure inexploré. Bien que des espèces composées prometteuses aient été identifiées en partant de considérations théoriques et que des fenêtres d'opportunité dans les laboratoires d'accélérateurs aient été proposées, les propriétés spectroscopiques de ces systèmes restent entièrement inconnues. Les énergies et les configurations des états excités, le potentiel d'ionisation et surtout les conditions pratiques de l'inévitable refroidissement par laser n'ont pas été établis. Ce n'est que pour les monofluorures de radium et d'actinium que la spectroscopie moléculaire par laser a été réalisée il y a quelques années. Ces expériences ont été des réussites remarquables, puisqu'il a été possible de raccourcir considérablement le temps pour obtenir des résultats significatifs grâce à des prédictions théoriques précises .
Dans le cadre de notre collaboration avec les laboratoires du Ganil à Caen (France) et du Triumf à Vancouver (Canada), nous avons décidé de saisir l'occasion et de tirer parti de nos installations expérimentales existantes en France et au Canada pour contribuer à cette interface émergeante entre la physique nucléaire et moléculaire, qui revêt d'une importance directe pour notre compréhension des interactions fondamentales de la nature. Nous voulons nous concentrer d'abord sur la production de molécules froides dans un état quantique approprié dans un jet gazeux au Ganil et nous participerons à des expériences de photo-association de molécules de francium au Triumf.
Lors des expériences actuelles, la température ambiante des molécules qui interagissent avec la lumière laser masque toute sensibilité aux symétries fondamentales. Le refroidissement par laser est alors considéré comme un des moyens les plus efficaces afin d'atteindre les températures requises qui sont de l'ordre de quelques millikelvins, mais le fossé à combler à partir de la température ambiante est énorme. Nos expériences au Ganil offrent toutefois une alternative. Des isotopes d'éléments lourds tels que les actinides peuvent être produits et injectés dans un jet d'argon. L'expansion supersonique du gaz permet d'obtenir des températures de 20 mK, bien adaptées comme point de départ au refroidissement par laser et à la préparation du nuage moléculaire pour sonder les symétries fondamentales.
Dans un premier temps, des ions de lanthane stables seront produits à partir d'un filament et neutralisés par des collisions dans le flux de gaz. Suite à la présence de l'eau résiduelle dans le dispositif expérimental, des molécules telles que LaO et LaOH se forment au cours du processus. Elles seront ionisées par irradiation laser résonnante dans le jet de gaz, tandis que les longueurs d'onde des états excités inconnus seront balayées et le potentiel d'ionisation déterminé. L'ion moléculaire sera ensuite extrait et transporté vers un spectromètre de masse à temps de vol pour identification.
Ensuite, nous introduirons dans l'expérience des actinides radioactifs provenant d'une source à longue durée de vie et nous répéterons les études systématiques de formation, d'excitation et d'ionisation moléculaires. Notamment, les molécules AcO et AcOH seraient des cibles majeures pour la mesure du moment de Schiff violant la parité et le renversement du temps.
Le candidat recruté devra préparer et participer à des expériences à Ganil et à Triumf. Analyser les données obtenues à l'aide des codes informatiques disponibles ou nouvellement développés. Collaborer avec des théoriciens pour interpréter les résultats. Rédiger des rapports et les présenter lors d'ateliers et de conférences.