Spectroscopie infrarouge à ultra haute résolution appliquée à l'étude de symétries fondamentales dans les molécules : recherche d'un effet de violation de parité et test du postulat de symétrisation

Ultra high resolution infrared spectroscopy applied to the study of fundamental symmetries in polyatomic molecules, search for a parity violation effect and test of the symmetrization postulate

• Auteur / Autrice : Michael Ziskind
• Direction : Chardonnet, Christian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie à haute résolution

Structure hyperfine

Violation de la règle CP (physique nucléaire)

Chiralité

Spectroscopie moléculaire

Résumé

La première partie de ce mémoire est consacrée à la mise en oeuvre d'une nouvelle expérience de recherche d'un effet de violation de parité par l'interaction faible dans le spectre de molécules énantiomorphes. Cette étude constitue l'aboutissement de travaux réalisés en cellules sur ce sujet. Elle repose sur la comparaison des fréquences de transitions rovibrationnelles des deux énantiomères de la molécule chirale CHFCIBr enregistrées simultanément, avec le même laser à CO2 asservi en fréquence. Pour l'occasion, l'ensemble du spectromètre a été optimisé et adapté aux besoins de l'expérience. Nous avons aussi réalisé l'étude de la structure hyperfine de CHFCIBr afin de sélectionner les transitions les plus favorables pour le test. Ceci nous a permis d'obtenir une sensibilité ínégalée de 2. 10-14 en valeur relative soit un gain de plus d'un ordre de grandeur sur la précédente mesure. Un diagnostic précis des limitations ultimes de cette expérience a également pu être établie. La seconde partie présente le premier test du postulat de symétrisation réalisé dans les molécules polyatomiques. Il s'agit cette fois de vérifier que les états quantiques qui ne sont pas totalement symétriques dans l'échange des oxygènes de la molécule OsO4 et antisymétriques dans l'échange des fluors de la molécule SF6 ne sont pas peuplés. Le principe du test consiste alors à comparer l'amplitude des transitions infrarouges entre niveaux permis à des transitions entre niveaux interdits par le postulat. Contrairement aux expériences recensées jusqu'à présent, les molécules que nous avons choisies permettent d'étudier des symétries interdites de dimension supérieure à 1. Pour OsO4, la borne supèrieure de l'effet a été fixé à 5. 10-4 en valeur relative, limitée par la présence de bandes chaudes en quasi-coi͏̈ncidence avec les transitions recherchées. Pour SF6 la borne a été fixée à 7,8. 10-6 limitée cette fois par le rapport signal-sur-bruit.

The first part of this thesis is dedicated to a new search of a parity violation effect, due to weak interaction, in the spectrum of enantiomeric molecules. The principle of the experiment is to compare the frequencies of the rovibrational line centers of both enantiomers of the chiral molecule CHFCIBr. Spectra are recorded simultaneously, with the same frequency stabilized CO2 laser. For this purpose, the spectrometer was optimized and ajusted for the experiment. We also performed an extensive analysis of the hyperfine structure and were able to select a very favorable candidate for the test. This set of measurements led to a sensitivity of 2. 10-14 in relative value, which represents an improvement of more than one order of magnitude on the previous experiment. We finally established the ultimate limits of such an experiment. The second part presents the first test of the symmetrization postulate performed in polyatomic molecules. The symmetrization postulate implies that the energy states, for which either the total internal wavefunction is neither totally symmetric with respect to permutations of oxygenes in OsO4 nor totally antisymmetric with respect to permutations of fluors in SF6 are not populated. The principle of our experiment is to compare rovibrational transitions which connect states forbidden by this postulate to transitions between allowed states. Unlike the previous inventoried experiments, the chosen molecules permit to test forbidden symmetries with a dimension greater than 1. For OsO4, the sensitivity of the effect was established to 5. 10-4 in relative value, limited by the coincidental presence of hot bands with the expected transitions. For SF6, the sensitivity of the effect was limited by the sigal-to-noise ratio to 7,8. 10-6