Biréfringence magnétique du vide : un test optique de l'électrodynamique quantique

Vacuum magnetic birefringence : an optical test of quantum electrodynamics

• Auteur / Autrice : Jonathan Agil
• Direction : Rémy Battesti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 31/08/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire national des champs magnétiques intenses (Grenoble ; Toulouse ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : David Guéry-Odelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rémy Battesti, Pierre-François Cohadon, Mathilde Hugbart, Martina Knoop, Dmitry Budker
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-François Cohadon, Mathilde Hugbart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fabry-Pérot, Interféromètres de

Vide (physique)

Biréfringence

Mots clés libres

Champs magnétiques pulsés

Vide quantique

Cavité Fabry-Perot

Pulsed magnetic fields

Quantum vacuum

Fabry-Perot cavity

Résumé

Ce travail de thèse présente la nouvelle version du dispositif expérimental du projet BMV (Biréfringence Magnétique du Vide) dont le but est de mesurer la biréfringence magnétique du vide, prédit par l'électrodynamique quantique. La variation de l'indice de réfraction du vide dans un champ magnétique transverse de 1 T est de 10⁻²⁴. Cet effet n'a à ce jour jamais été observé expérimentalement. Après une introduction historique du sujet, le mémoire de thèse détaille le dispositif expérimental et les résultats obtenus. En particulier, la sensibilité du nouveau dispositif ainsi que les différentes sources bruits sont étudiées en profondeur par des méthodes Monte Carlo mais aussi par des mesures expérimentales. Nous montrons notamment l'importance du bruit de biréfringence des miroirs dans la limitation de la sensibilité. Enfin, différentes pistes d'amélioration de cette dernière sont présentées avec une évolution de l'aimant pulsé, des modifications au niveau du dispositif expérimental et la possibilité de fabriquer des miroirs avec une biréfringence plus faible grâce à une collaboration industrielle.

This thesis presents the new version of the experimental device of the BMV (Biréfringence Magnétique du Vide) project, which aims at measuring the magnetic birefringence of vacuum, predicted by quantum electrodynamics. The variation of the refractive index of vacuum in a transverse magnetic field of 1 T is 10⁻²⁴. This effect has never been observed experimentally. After a historical introduction of the subject, the manuscript details the experimental setup and the results obtained. In particular, the sensitivity of the new device as well as the different noise sources are studied in depth by Monte Carlo methods but also by experimental measurements. We show in particular the importance of the birefringence noise of the mirrors in the limitation of the sensitivity. Finally, various avenues of improvement are presented with an evolution of the pulsed magnet, modifications of the experimental setup and the possibility of manufacturing mirrors with lower birefringence thanks to an industrial collaboration.