Interaction en champ proche et lointain d'atomes en mouvement médiée par le vide électromagnétique

Near and far field interaction between moving atoms mediated by the electromagnetic vacuum

• Auteur / Autrice : Michael Vaz
• Direction : Hervé Bercegol
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Interaction

Atome

Vide

Interaction

Atom

Vacuum

Résumé

La friction quantique – c'est-à-dire la friction de la matière en mouvement sur le vide quantique – a été démontrée théoriquement sur des nanomatériaux en rotation. Nous avons étendu cette propriété aux atomes en interaction, en calculant avec un modèle semi-classique la friction du vide sur des oscillateurs atomiques en rotation l'un autour de l'autre. Des travaux récents ont montré que l'extension de cette propriété à des configurations plus réalistes nécessite un calcul plus complet de l'interaction entre les atomes et le champ électromagnétique. L'importance de la propagation des ondes électromagnétiques est bien connue dans le cas de l'attraction de Casimir-Polder à longue distance, mais elle affecte également la situation de champ proche, où son inclusion dans les calculs est nécessaire pour interpréter physiquement le phénomène de friction et les échanges d'énergie induits. En outre, un modèle entièrement quantique doit être développé pour la paire d'atomes en rotation, afin d'explorer rigoureusement certaines propriétés des paires mixtes d'atomes différents, et d'autres configurations plus réalistes. Le doctorant se chargera dans un premier temps de la première étape, l'effet de la propagation des ondes. Cet effet sera étudié dans le cadre du modèle semi-classique déjà développé, en utilisant à la fois des calculs formels et des programmes numériques. Nous nous intéresserons à la détermination de l'énergie potentielle et de la force de friction. Il complétera ensuite ces calculs et travaillera à l'élaboration d'un modèle entièrement quantique. La recherche doctorale sera dirigée conjointement avec un.e spécialiste des calculs d'électrodynamique quantique.

Quantum friction – i.e. Friction of moving matter on the quantum vacuum – has been shown theoretically to produce a braking torque on rotating nanomaterials. At SPEC, we extended this property to interacting atoms in rotation one around the other, using atomic oscillators and a semi-classical model of vacuum. Recent work showed that the extension of this property to more realistic configurations necessitates a more complete calculation of the interaction between atoms and the electromagnetic field. The importance of electromagnetic wave propagation is well known in the long-range Casimir-Polder case, but it also affects the near field situation, where its inclusion in calculations is necessary to interpret physically the friction phenomenon and induced energy exchanges. Moreover, a fully quantum model must be developed for the rotating pair of atoms, in order to explore rigorously some properties of mixed pairs of different atoms, and other more realistic configurations. The PhD student will begin by taking up the first step, the effect of wave propagation. This effect will be studied within the already developed semi-classical model, by using both formal calculations and numerical programs. We will be interested in both potential energy and friction force determinations. He will then complete those calculations and work towards of fully quantum model. The PhD research will be directed jointly with a specialist of quantum electrodynamic calculations.