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C.Rizzo JCP LAL_3/4/09
BMV
Biréfringence du vide et des coatings
Carlo RIZZOLaboratoire Collision Agrégats Réactivité
Université de Toulouse, UPSet
CNRS
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C.Rizzo JCP LAL_3/4/09
BMV
L’expérience BMVIntroductionRésultats récentsBMV : le film !Perspectives
La mesure de la biréfringence des miroirsNos mesuresMesures existantesCalcul Conclusions
Plan de l’exposé
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C.Rizzo JCP LAL_3/4/09
BMV
vide
Δn (vide) = 4. 10-24 B2 (B en Tesla)
Δn (vide) ≈ 10-8 Δn (hélium CNTP)2,4. 1011 atomes d'hélium par cm3
donnent le même effet que le vide
Effet Cotton-Mouton : biréfringence magnétiqueDécouvert par J. Kerr (1901) et Q. Majorana (1902), caractérisé par A. Cotton et H. Mouton (1904-1914)
Lumière linéairement polarisée
Lumière elliptiquement polarisée
LT 1
Bn2
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛Δ
λπ
=Ψ
L
Ψ = ellipticité
Prédiction de l’EléctroDynamique Quantique (1935) : Biréfringence Magnétiquedu Vide
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Propagation d’un photon dans le vide quantique en présence d’un champ
c – δc
O(α3)1,5 % du terme d’O(α2)V.I.Ritus,Sov. Phys. JETP 42, 774 (1975)
O(α2)
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Défi expérimental :
0
2
54e
32 B 648
40501cm15
2nμ
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ α
π+
α=Δ
h
( )[ ]2
24
T 1B 10 000005,0031699,4n ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛±=Δ −
Constantes fondamentales : 2006 codata
O(α3)
O(α4)
O(α5)
V.I.Ritus,Sov. Phys. JETP 42, 774 (1975)
?
?
Défi théorique !
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BMV
L’expérience
Biréfringence Magnétique du Vide
Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité, Toulouse, B.Pinto Da Souza, M.Fouché, C.Robilliard, G.Bailly, C.Rizzo …
Laboratoire National Champs Magnétiques Intenses, ToulouseP.Berceau, F.Bielsa, J.Mauchain, M.Nardone, R.Battesti …
En collaboration avec Laboratoire Matériaux Avancés-VIRGO, LyonL.Pinard, J-M.Mackowski …
ProgrammeNationalParticuleUnivers
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9 kA 10 kA 11 kA
pression magnétique
Génération de champs magnétiques intenses
Seule méthode : Faire circuler un courant électrique fort
Deux problèmes :
conducteur ultra fort
renfort externe
Force de Lorentz : pression magnétique
Échauffement Refroidissement
Supraconducteur (limité par Bcrit)
Fonctionnement pulsé
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14.014.0
13.013.0
12.012.0
111.01.0
10.010.0
9.09.0
8.08.0
7.07.0
6.06.0
5.05.0
4.04.0
3.03.0
2.02.0
1.01.0
0.00.0
TT
22222020181816161414121210108866442200
msms
'champ@10_960V'champ@10_960V'''champ@1'champ@11_1200V1_1200V'''champ@12_1440V'champ@12_1440V'''champ@13_1680V'champ@13_1680V'''champ@14_1840V'champ@14_1840V'''champ@15_2080V'champ@15_2080V'''champ@16_2240V'champ@16_2240V'''champ@17_2400V'champ@17_2400V'''champ@18_2640V'champ@18_2640V'''champ@19_2720V'champ@19_2720V'''champ@20_2880V'champ@20_2880V'''champ@21_3040V'champ@21_3040V'''champ@22_3200V'champ@22_3200V'''champ@23_3360V'champ@23_3360V'''champ@24_3520V'champ@24_3520V'''champ@25_3680V'champ@25_3680V'''champ@26_3840V'champ@26_3840V'''champ@27_4000V'champ@27_4000V'''champ@28_4160V'champ@28_4160V'''champ@29_4320V'champ@29_4320V''
La bobine dans son cryostat à azote liquide
8300 A
Taux de répétition : 5 impulsions par heure
B = 14,3 T
B²L = 28 T²m
100 impulsions à 11.5 T100 impulsions à 12.5 T
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FSR = 68 MHz
Rayon de courbure des miroirs : 8 mLongueur de la cavité : 2,2 m
Waist : 1,1 mm
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Fréquence de modulation EO : 10,1 MHz
Asservissement du laser à la cavité par la méthode de Pound Drever Hall
Rétroaction via un AO (Hautes fréquences)et Peltier Laser (Basses fréquences)
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τ = 307 μsF = 131 000FWHM = 520 HzQ = 5,4 1011
Décharge de la cavité
Arrêt du laser
Laser asservi
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Laser
Analyseur
Miroir #1 Miroir #2
Polariseur
Aimant #1 Aimant #2
Montage expérimental
2,2 m
LMA IN2P3
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Laser
AnalyseurMiroir #1 Miroir #2
Polariseur
Aimant #1 Aimant #2
Salle expérimentale au LNCMI
Salle à empoussièrement contrôlé
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Ii It
ΓIt
Iext
Ψ(t)
B(t)
2
itFTII ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛π
=
( ) ( ) 22222 )()(2)( tItIItIII tttttext Ψ+ΓΨ+Γ+σ=Ψ+Γ+σ=
( )Γ−
ΓΓ+σ−
+Γ=Ψ 2
22
1)(t
text
III
tt
text
III 2σ−
=Γ
pour 0)(
avec
Γ ellipticité due aux miroirsΨ(t) ellipticité à mesurerσ2 extinction des polariseurs
F, finesseT, transmittivité
des miroirs
=Ψ t
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2)t(B )t( α=Ψdt)t(B
dt)t(B )t(
T
0
4
T
0
2
∫
∫Ψ=α avec B(0)=B(T)=0
Simulation d’une ellipticité bruitée
100 mesures
Corrélation avec B(t)2
<α>
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Laser asservi
Laser non asservi
Faisceau ordinaireà l’extinction
Faisceau extra-ordinaire
B2
Δn = 2,4. 10-16ThéorieNotre valeur préliminaireΔn = (2,1±0,4) 10-16
Mesure de l’effet Cotton-Mouton de l’hélium (1 atm, 19 °C)
A ce jour, seules deux valeurs expérimentales sont publiées
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32 cm70 cm
700 t sur les vis !!
B > 25 T, I > 27 000 A
B2L > 200 T2.m
Ø3,6 cm Corps en usinageau LNCMI
Test avant l’été
Prochaine bobine :
3 bobines ! Montage finale
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Cavité optique = lame biréfringente équivalente
Les miroirs sont des lames biréfringentes
δ1
δ2
Retard de phase induit par chaque miroir
δ
Retard de phase induit par la cavité
ΓEllipticité induitepar la cavité
2δ
=Γ
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( )( )eqp θ−θδ
=Γ 2sin4
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2EQ
Fδ
π=δ
2
( ) WPEQ θδδ+δ−δ=δ 221
221 cos4
WP
WP
EQ
θδδ+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
δδ
θ+δδ
=θ2
2
1
2
2
1
2
1
cos4)1
2cos2cos
avec
et
et Γ varie en fonctionde θWP
δEQ retard de phase de la lame équivalente
θWP orientation des axes de la lame équivalente
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Simulation numérique
Nous avons développé un codequi propage les ondes électromagnétiques dans les couchesdiélectriques du miroir
A chaque couche nous pouvons attribuer une biréfringence et un axe propre
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Pour reproduire l’allureexpérimentale il semblesuffisant d’introduire une biréfringence uniquementsur la couche la plus proche du substrat !!
F. Bielsa et al., manuscrit soumis à APB
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En conclusion :
Encore une surprise !Faisceau extraordinaire
Faisceau ordinaireà l’extinction
Comportement différent !
Pourquoi ?
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