Cette thèse s'articule autour d'une expérience de métrologie visant à mesurer la biréfringence magnétique du vide. Son principe consiste à mesurer l'ellipticité induite par un champ magnétique transverse pulsé sur un faisceau laser initialement linéairement polarisé. L'ellipticité est proportionnelle au carré du champ magnétique, à la longueur du trajet parcouru dans le milieu et à la biréfringence magnétique de celui-ci. La théorie de l'électrodynamique quantique prédit en particulier une valeur extrêmement faible pour la valeur de la biréfringence du vide ; sa mesure constitue un véritable défi expérimental. Ce travail présente la caractérisation exhaustive de l'ellipsomètre de grande précision qui associe une cavité Fabry-Perot de très haute finesse, sur laquelle est asservi un laser Nd :YAG, avec des aimants pulsés délivrant un champ magnétique transverse très intense. Nous exposons ensuite les résultats des mesures d'effet Cotton-Mouton dans le diazote. Ces mesures permettent de faire un étalonnage précis du dispositif expérimental. Nous dressons un bilan des incertitudes associées à ces mesures et l'ensemble des effets systématiques est identifié. Nous donnons enfin les résultats des premiers tirs de champ magnétique effectués dans le vide, ainsi que la sensibilité du dispositif, et les améliorations qui doivent y être apportées. En complément de cette expérience, nous faisons une excursion hors du Modèle Standard et étudions la possibilité d'oscillations, sous champ magnétique, de photons en particules massives : les axions. Nous présentons en particulier les résultats de l'expérience du « mur brillant » réalisée avec des rayons X à l'ESRF de Grenoble. |
In this work, we present a metrology experiment whose goal is to measure the vacuum magnetic birefringence. It consists in measuring the ellipticity induced by a pulsed transverse magnetic field on a laser beam initially linearly polarized. This ellipticity is proportional to the square of the magnetic field, to the length of the optical path in the medium, and to its magnetic birefringence. In particular, quantum electrodynamics theory predicts a value for the birefringence of the vacuum that is extremely small; its measurement is thus an experimental challenge. This thesis presents the detailed characterization of the high precision ellipsometer. It combines a very high finesse Fabry-Perot cavity, on which is locked a Nd:YAG laser, with pulsed magnets delivering strong transverse magnetic field. We then show the results of our measurements of nitrogen Cotton-Mouton effect. These measurements allow us to precisely calibrate our experimental setup. A detailed error budget is given, and the the entirety of the systematic effects is identified. In the end we give the results of the first magnetic field pulses that have been carried out in vacuum, as well as the sensitivity of the experimental setup, and the improvements that have to be brought on it. We finally present a further work to this experiment, making an excursion beyond the Standard Model. We study the possibility of oscillations of photons into massive particles called axions. We particularly give the results of the “light shinning through the wall experiment” using X-rays and carried out at the ESRF of Grenoble. |