Nancy PaulPhysique quantique, électrodynamique quantique à champ fort et atomes exotiques
Nancy Paul, physicienne américaine, a bâti sa carrière en étudiant la structure quantique des atomes et des noyaux exotiques, produits grâce à des accélérateurs de particules. Elle a débuté sa carrière en astrophysique nucléaire à l'Université de Notre Dame, dans l'Indiana, aux États-Unis. Là, elle a mené des expériences à l'Argonne National Laboratory pour mesurer les masses de noyaux exotiques avec le piège de Penning canadien, enrichissant notre compréhension de la nucléosynthèse astrophysique. Pendant son doctorat au CEA-Saclay sous la supervision du Professeur Alexandre Obertelli, elle a réalisé la première spectroscopie du noyau exotique 110Zr à la Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) de RIKEN (Japon). Elle s'est ensuite penchée sur l’étude des sections efficaces des réactions nucléaire du type « knock-out » découvrant un effet de structure quantique jusqu'alors inconnu. Ses travaux ont été publiés dans Physical Review Letters, et elle a reçu des distinctions telles que le prix Daniel Guinier de la Société Française de Physique en 2018 et le Prix de Thèse du RIBF en 2020. À la fin de son doctorat, elle a élargi ses horizons en rejoignant le projet PUMA, axé sur l'étude des noyaux radioactifs avec des antiprotons. Devenue chercheuse post-doctorale au Laboratoire Kastler Brossel en 2019, elle a exploré la spectroscopie des ions très chargés avec des rayons X pour tester l'électrodynamique quantique en champ fort, travaillant aux côtés de Paul Indelicato. En 2021, elle a été recrutée en tant que chercheuse au CNRS. Parallèlement à ses recherches, elle a fondé les "Ateliers du LKB", des séminaires interdisciplinaires explorant les liens entre la physique quantique et la philosophie. Elle est également un membre actif du comité d'organisation des journées "Physique et interrogations fondamentales" de la Société Française de Physique.
antiProtonic Atom X-ray spectroscopy (PAX)
De nombreuses expériences ont montré que le modèle standard de la physique des particules n'est pas complet. Pour explorer de nouvelles théories physiques, les scientifiques se concentrent sur les mesures précises dans des systèmes quantiques. De nouvelles particules pourraient interagir avec les atomes, entraînant de petits changements dans leur structure. Ces changements peuvent être détectés grâce à des techniques de pointe.
Ces recherches reposent sur une théorie appelée électrodynamique quantique (QED), qui explique comment la lumière interagit avec les particules chargées. Bien que nous comprenions bien la QED pour les systèmes légers, comme l'atome d'hydrogène, elle n'a pas encore été explorée en détail pour les atomes très chargés en présence de forts champs électriques. Cela s'explique par des difficultés expérimentales et des incertitudes liées aux propriétés nucléaires inconnues.
Le projet PAX est une nouvelle manière de tester la QED dans des conditions de champs électriques intenses en utilisant la spectroscopie des rayons X venant des atomes antiprotoniques. Dans ces systèmes, les champs électriques sont beaucoup plus puissants, ce qui amplifie les effets de la QED et les rend plus faciles à mesurer. En étudiant les transitions entre les états de ces atomes, les chercheurs peuvent éviter les problèmes liés aux propriétés nucléaires et obtenir des résultats plus précis. Pour ce faire, PAX combine deux nouvelles technologies : les faisceaux d'antiprotons à basse vitesse du CERN et les détecteurs de rayons X à capteurs quantiques. Ces développements mèneront à une plateforme dédiée de spectroscopie des atomes antiprotoniques par rayons X, avec des applications allant au-delà de la QED, notamment dans la recherche nucléaire et l'exploration de nouvelles théories physiques. Le développement du capteur quantique du projet est rendu possible grâce à un partenariat avec le Quantum Sensing Division du National Institute of Standards and Technology (NIST, USA).
Fonction
Chercheuse CNRS, Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Collège de France/ENS-PSL/Sorbonne Université)