Description du sujet de thèse

Le doctorant (H/F) travaillera dans le cadre d’un projet expérimental et théorique ayant pour objet d’étudier l’interaction de Casimir-Polder (C-P). L’ambition de ce projet est de mieux comprendre le rôle de la géométrie des nanostructures sur le potentiel de C-P, ainsi les effets de l’habillage de cette interaction par un champ laser classique.

Les fluctuations du vide quantique se caractérisent par la création et l'annihilation spontanées, en continu, de photons virtuels. En particulier, la présence de surfaces macroscopiques influence ces fluctuations, entraînant un décalage de Lamb qui varie spatialement. Le gradient de ce décalage génère une force attractive connue sous le nom de force de Casimir-Polder. Cette force entre un atome et une surface constitue la force dominante à l’échelle nanométrique. Elle joue ainsi un rôle essentiel dans de nombreux domaines et interfaces de la physique, tels que la physique atomique, la biophysique ou la physico-chimie. La compréhension de cette force est donc cruciale pour explorer de nouvelles physiques impliquant un atome et un matériau, comme l’étude de la cinquième force par exemple.

L'activité se déroulera au sein du Laboratoire de physique des lasers, unité mixte de recherche de l'Université Sorbonne Paris Nord et du CNRS. Le groupe Optique et interférométrie atomiques (groupe OIA, voir https://www.lpl.univ-paris13.fr/recherche/optique-et-interferometrie-atomiques-oia) a développé une approche interférométrique dans laquelle un paquet d’ondes atomiques, refroidi par laser, diffracte sur une nanostructure. Le déphasage du paquet d’ondes induit par l’interaction de C-P modifie profondément la figure de diffraction mesurée. L’objectif principal de doctorat est d’acquérir une compréhension approfondie de cette interaction à partir des figures de diffraction. Plus précisément, les recherches se concentreront d’une part sur la détermination ou l’exclusion de la cinquième force, qui constitue une prédiction d’une force gravitationnelle à courte portée, masquée par l’existence des forces de C-P. D’autre part, le projet de thèse s’orientera également vers le contrôle de ces forces en modulant la géométrie des nanostructures ou en utilisant des champs laser.

Le futur étudiant participera à divers aspects de l’expérience, tels que l’amélioration du dispositif, l’acquisition et l’analyse des données, la conception de nouvelles nanostructures, etc. Parallèlement, il contribuera aux aspects théoriques du projet, notamment par des calculs en électrodynamique quantique, la modélisation des motifs de diffraction, des calculs FDTD, etc.

Le candidat (H/F) doit être très motivé par la physique expérimentale (lasers, montages optiques, prise et analyse de données en utilisant des logiciels simples) et théorique (réalisation de simulations numériques). Le candidat (H/F) devra posséder de bonnes connaissances en physique, être motivé et capable de travailler en équipe.

Contexte de travail

Ce projet de thèse se déroulera au Laboratoire de physique des lasers, unité mixte de recherche de l'Université Sorbonne Paris Nord et du CNRS, au sein de l’équipe Optique et interférométrie atomiques (groupe OIA, voir https://www.lpl.univ-paris13.fr/recherche/optique-et-interferometrie-atomiques-oia). Elle rentre dans le cadre du projet ANR LIGRINT. L’équipe est constituée d’un chercheur CNRS, d’un professeur, d’un maître de conférences et d’un étudiant en thèse. Dans le cadre de ses travaux et du projet de thèse, L’équipe a par ailleurs noué des collaborations avec plusieurs groupes théoriques (Université de Leibniz à Hanovre, LPTMS/ISMO à Orsay, Kassel, …)

Contraintes et risques

Risques lasers et électriques.