Mesure de la non linéarité optique du vide avec l'expérience DeLLight

The DeLLight experiment for the search of optical nonlinearity in vacuum with intense laser pulses

• Auteur / Autrice : Ali Aras
• Direction : Xavier Sarazin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Modification de la vitesse de la lumière dans le vide avec des laser intenses

Métrologie interférométrique avec des laser pulsés femtosecondes

Deflection de la lumière par la lumière

Vide QED non linéaire en champ intense

Non linear QED vacuum in intense field

Modificatio of the speed of light in vacuum with intense lasers

Interferometric metrology with femtosecond laser pulses

Deflection of light by light

Résumé

La théorie de l'électrodynamique quantique prédit que le vide doit être un milieu optique non linéaire : la vitesse de la lumière dans le vide devrait diminuer lorsque le vide est soumis à des champs électromagnétiques intenses. Cet effet optique n'a encore jamais été observé. Le projet DeLLight (Deflection of Light by Light) cherche à mesurer cet effet en utilisant des impulsions laser femtosecondes ultra intenses délivrées par la plateforme LASERIX du laboratoire IJCLab (Université Paris-Saclay). Le principe de l'expérience est de générer un gradient d'indice optique du vide grâce à la focalisation d'une impulsion laser de haute intensité et de mesurer grâce à un interféromètre de Sagnac la réfraction d'une seconde impulsion de basse intensité traversant ce gradient d'indice (effet mirage dans le vide). L'objectif du travail de thèse est d'une part de mener à bien les premières mesures de l'expérience DeLLight dans le vide avec des impulsions de haute intensité et d'autre part de chercher à améliorer la sensibilité de l'expérience pour permettre la détection d'un signal. Il s'agit d'un travail de thèse complet, comprenant un travail expérimentale (montage et alignement optique en vide, métrologie interférométrique, asservissement optomécanique, etc.) et un travail d'analyse de données.

The vacuum described by quantum electrodynamics (QED) must behave as a nonlinear optical medium, i.e. the light velocity in vacuum should be reduced when the vacuum is stressed by intense electromagnetic fields. This optical effect has so far never been observed. The DeLLight (Deflection of Light by Light) project aims to measure the optical nonlinearity in vacuum by using intense and ultra short laser pulses delivered by the LASERIX facility at IJCLab (Université Paris-Saclay). The innovative method is to measure by interferometry the refraction of a low-intensity probe laser pulse when crossing a vacuum optical index gradient produced by an external intense pump laser pulse. A first pilot experiment allowed to demonstrate the feasibility of the project and to characterize the critical parameters which currently limit the sensitivity. The thesis project is to carry out the first DeLLight measurements in vaccum with intense laser pulses, and in parallel to improve the performances of the experiment and the interferometer in order to reach the required sensitivity to detect a positive signal. The PhD project includes an experimental work (optical alignment in vacuum, interferometric metrology, optomecanical servo control, etc.) and also an data analysis work with special attention to the study of the systematics errors.