Hydrogen-like light muonic ions, in which one negative muon replaces all of the electrons, are extremely sensitive probes of nuclear structure. Using pulsed laser spectroscopy, we have measured three 2 S -2 P transitions in the muonic helium-3 (μ ³ He ⁺ ) ion, an ion formed by a negative muon and bare helium-3 nucleus. This allowed us to extract the Lamb shift, the 2 P fine structure splitting, and the 2 S -hyperfine splitting in μ ³ He ⁺ . Comparing these measurements with theory, we determined the root-mean-square charge radius of the helion ( ³ He nucleus) to be r _h = 1.97007(94) fm, in good agreement with the value from elastic electron scattering but a factor 15 more accurate. Our results represent benchmarks for few-nucleon theories and open the way for precision quantum electrodynamics tests in He atoms and ions.

The development of increasingly sensitive and robust instruments and new methodologies are essential to improve our understanding of the Earth’s climate and air pollution. In this context, Dual-Comb spectroscopy (DCS) has been successfully demonstrated as a remote laser-based instrument to probe infrared absorbing species such as greenhouse gases. We present here a study of the sensitivity of Dual-Comb spectroscopy to remotely monitor atmospheric gases focusing on molecules that absorb in the ultraviolet domain, where the most reactive molecules of the atmosphere (OH, HONO, BrO...) have their highest absorption cross-sections. We assess the achievable signal-to-noise ratio (SNR) and the corresponding minimum absorption sensitivity of DCS in the ultraviolet range. We propose a potential light source for remote sensing UV-DCS and discuss the degree of immunity of UV-DCS to atmospheric turbulences. We show that the characteristics of the currently available UV sources are compatible with the unambiguous identification of UV absorbing gases by UV-DCS.

La précision des calculs théoriques d'électrodynamique quantique dans l'atome d'hydrogène est actuellement limitée par la constante de Rydberg et la distribution de charge du proton. La comparaison entre ces calculs et les mesures expérimentales de deux fréquences de transition dans l'hydrogène permet d'extraire ces deux constantes. La mesure de la transition 1S-2S est la plus précise à ce jour avec une incertitude relative de 10-15. L'objectif de mon travail de recherche est d'améliorer la précision de mesure de la fréquence de la transition 1S-3S, pouvant être utilisée comme la deuxième mesure nécessaire.La transition 1S-3S est sondée par une excitation à deux photons à 205 nm, permettant de s'affranchir de l'effet Doppler du 1er ordre. Ce faisceau UV est produit par somme de fréquence dans un cristal non linéaire. L'onde lumineuse délivrée par un laser Titane-saphir à 894 nm est sommée avec un faisceau à 266 nm produit par doublage d'un laser Nd-YO4. Cette somme de fréquence délivre un faisceau continu à 205 nm d'une puissance de 15 mWLa distribution de vitesse du jet atomique, dont la connaissance est indispensable pour évaluer l'effet Doppler du 2ème ordre, est déterminée grâce à l'effet Stark motionnel où l'action d'un champ magnétique produit un décalage en fréquence quadratique en vitesse.Les fréquences des deux lasers sources sont mesurées à l'aide un peigne de fréquence optique.La fréquence de la transition 1S-3S est finalement déterminée avec une incertitude relative de 10-12. Sa valeur conduit à une valeur préliminaire du rayon du proton qui serait en contradiction avec celle préconisée par le CODATA.