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Tests des interactions fondamentales et métrologie
Un des thème de recherche les plus unificateurs du Laboratoire Kastler Brossel est celui des tests des théories fondamentales, en particulier par des mesures de haute précision dans des systèmes atomiques ou moléculaires. L’équipe « Electrodynamique en cavité » travaille à élucider les fondations même de la mécanique quantique, en étudiant expérimentalement la décohérence les fameux « chats de Schrödinger et la « réduction du paquet d’onde » qui dont les aspects les plus mystérieux de la mécanique quantique. La plupart des tests expérimentaux des théories fondamentales réalisés au laboratoire utilisent les atomes froids. Des mesures de la dérive des constantes fondamentales sont réalisées par exemple à l’aide d’horloges atomiques à atomes froids, en collaboration avec le SYRTE et l’institut Max Planck de Garching. Le projet d’horloge atomique spatiale à atome froids PHARAO/ACES auquel collabore le groupe « Atomes froids » devrait permettre la synchronisation la plus précise entre horloges terrestres, pour améliorer les mesures de dérive des constantes fondamentales lors de vols sur la Station Spatiale Internationale (ISS). La mise en évidence d’une telle dérive en laboratoire constituerait un test d’une importance extraordinaire pour les théories comme les super-cordes. Cette horloge fournirait aussi des tests de très haute précision de la théorie de la relativité générale d’A. Einstein. La mesure de la constante de Rydberg et de la constante de structure fine 
, réalisée elle aussi avec des atomes froids dans l’équipe « Métrologie des Système simples et tests fondamentaux » contribue de façon importante à la compréhension de l’électrodynamique quantique–la théorie quantique et relativiste des photons et des électrons. Dans cette même équipe, l’étude d’ions très chargés et d’atomes exotiques (atomes où les électrons sont remplacés par une particule comme un pion ou un antiproton) permet l’étude de l’électrodynamique quantique en champ fort ou de l’interaction forte à basse énergie et la mesure de la masse de particules élémentaires. L’équipe « Dynamique des systèmes coulombiens » développe un projet de spectroscopie à deux photons de l’ion moléculaire H2+ tant du point de vue théorique (QED des systèmes moléculaires) qu’expérimental susceptible de conduire à une détermination optique directe d’une constante fondamentale, le rapport de la masse du proton à celle de l’électron. L’équipe « mesure et bruits fondamentaux » collabore au détecteur d’onde gravitationnelle Franco-Italien VIRGO. La détection de ces ondes gravitationnelles, prédites par la Relativité Générale, constituerait un événement considérable, avec des implications cosmologiques fondamentales. Enfin l’équipe « Fluctuations quantiques et relativité » étudie l’effet Casimir (force exercée sur des miroirs par les fluctuations quantiques du vide) et la gravitation à l’échelle du système solaire (anomalie PIONEER).
