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We present an investigation of the performance of the relativistic multi-reference Fock-space coupled cluster (FSCC) method for predicting molecular hyperfine structure (HFS) constants, including a thorough computational study to estimate the associated uncertainties. In particular, we considered the $^{19}$F HFS constant in the ground and excited states of BaF. Due to a larger basis set dependence, the uncertainties on the excited state results (16-85%) were found to be significantly larger than those on the ground state constants ($\sim$2%). The ab initio values were compared to the recent experimental results, and good overall agreement within the theoretical uncertainties was found. This work demonstrates the predictive power of the FSCC method and the reliability of the established uncertainty estimates, which can be crucial in cases where the calculated property cannot be directly compared to experiment.

Nowadays, the incompleteness of the Standard Model of particles is largely acknowledged. One of its most obvious shortcomings is the lack of explanation for the huge surplus of matter over antimatter in the universe, the so-called Baryon Asymmetry of the Universe. New CP (Charge conjugation and spatial Parity) violations absent in the SM are assumed to be responsible for this asymmetry. Such a violation could be observed in ordinary matter through a set of interactions violating both parity and time-reversal symmetries (P,T-odd), among which the preponderant ones are the electron Electric Dipole Moment (eEDM), the electron-nucleon scalar-pseudoscalar (enSPS) and the nuclear magnetic quadrupole moment (nMQM) interactions. Hence, an experimental evidence of a non-zero P,T-odd interaction constant would be a probe of this New Physics beyond the Standard Model. The calculation of the corresponding molecular parameters is performed by making use of an elaborate four-component relativistic configuration interaction approach in polar diatomic molecules containing an actinide, that are particularly adequate systems for eEDM experiments, such as ThO that allowed for assigning the most constraining upper bound on the eEDM and ThF+ that will be used in a forthcoming experiment. Those results will be of crucial importance in the interpretation of the measurements since the fundamental constants can only be evaluated if one combines both experimental energy shift measurements and theoretical molecular parameters.; De nos jours, l'incomplétude du modèle standard des particules est largement reconnue. L'une de ses failles les plus évidentes est le manque d'explication de l'énorme excédent de matière par rapport à l'antimatière dans l'univers, que l'on appelle l'asymétrie baryonique de l'univers. De nouvelles violations de CP (conjugaison de charge et parité spatiale) absentes dans le modèle standard sont supposées être responsables de cette asymétrie. Une telle violation pourrait être observée dans la matière ordinaire à travers un ensemble d'interactions violant les symétries de parité et de renversement du temps (impaires pour P,T) dont les prépondérantes sont les interactions du moment dipolaire électrique de l'électron (eEDM), électron-nucléon scalaire-pseudoscalaire (enSPS) et du moment quadripolaire magnétique nucléaire (nMQM). Ainsi, une preuve expérimentale d'une constante d'interaction impaire pour P,T serait une preuve de cette nouvelle physique au-delà du modèle standard. Le calcul des paramètres moléculaires correspondants est réalisé en utilisant une approche d'interaction de configurations relativiste à quatre composantes dans des molécules diatomiques polaires contenant un actinide, qui sont des systèmes particulièrement appropriés pour les expèriences eEDM, tels que ThO qui a permis d'assigner à l'eEDM la borne supérieure la plus contraignante et ThF+ qui sera utilisé dans une expérience à venir. Ces résultats sont d'une importance cruciale dans l'interprétation des mesures puisque les constantes fondamentales ne peuvent être évaluées que si l'on associe les mesures de décalages énergétiques et les paramètres moléculaires théoriques.

Nowadays, the incompleteness of the Standard Model of particles is largely acknowledged. One of its most obvious shortcomings is the lack of explanation for the huge surplus of matter over antimatter in the universe, the so-called Baryon Asymmetry of the Universe. New CP (Charge conjugation and spatial Parity) violations absent in the SM are assumed to be responsible for this asymmetry. Such a violation could be observed in ordinary matter through a set of interactions violating both parity and time-reversal symmetries (P,T-odd), among which the preponderant ones are the electron Electric Dipole Moment (eEDM), the electron-nucleon scalar-pseudoscalar (enSPS) and the nuclear magnetic quadrupole moment (nMQM) interactions. Hence, an experimental evidence of a non-zero P,T-odd interaction constant would be a probe of this New Physics beyond the Standard Model. The calculation of the corresponding molecular parameters is performed by making use of an elaborate four-component relativistic configuration interaction approach in polar diatomic molecules containing an actinide, that are particularly adequate systems for eEDM experiments, such as ThO that allowed for assigning the most constraining upper bound on the eEDM and ThF+ that will be used in a forthcoming experiment. Those results will be of crucial importance in the interpretation of the measurements since the fundamental constants can only be evaluated if one combines both experimental energy shift measurements and theoretical molecular parameters.; De nos jours, l'incomplétude du modèle standard des particules est largement reconnue. L'une de ses failles les plus évidentes est le manque d'explication de l'énorme excédent de matière par rapport à l'antimatière dans l'univers, que l'on appelle l'asymétrie baryonique de l'univers. De nouvelles violations de CP (conjugaison de charge et parité spatiale) absentes dans le modèle standard sont supposées être responsables de cette asymétrie. Une telle violation pourrait être observée dans la matière ordinaire à travers un ensemble d'interactions violant les symétries de parité et de renversement du temps (impaires pour P,T) dont les prépondérantes sont les interactions du moment dipolaire électrique de l'électron (eEDM), électron-nucléon scalaire-pseudoscalaire (enSPS) et du moment quadripolaire magnétique nucléaire (nMQM). Ainsi, une preuve expérimentale d'une constante d'interaction impaire pour P,T serait une preuve de cette nouvelle physique au-delà du modèle standard. Le calcul des paramètres moléculaires correspondants est réalisé en utilisant une approche d'interaction de configurations relativiste à quatre composantes dans des molécules diatomiques polaires contenant un actinide, qui sont des systèmes particulièrement appropriés pour les expèriences eEDM, tels que ThO qui a permis d'assigner à l'eEDM la borne supérieure la plus contraignante et ThF+ qui sera utilisé dans une expérience à venir. Ces résultats sont d'une importance cruciale dans l'interprétation des mesures puisque les constantes fondamentales ne peuvent être évaluées que si l'on associe les mesures de décalages énergétiques et les paramètres moléculaires théoriques.

The NL-eEDM collaboration is building an experimental setup to search for the permanent electric dipole moment of the electron in a slow beam of cold barium fluoride molecules [Eur. Phys. J. D, 72, 197 (2018)]. Knowledge of molecular properties of BaF is thus needed to plan the measurements and in particular to determine an optimal laser-cooling scheme. Accurate and reliable theoretical predictions of these properties require incorporation of both high-order correlation and relativistic effects in the calculations. In this work theoretical investigations of the ground and the lowest excited states of BaF and its lighter homologues, CaF and SrF, are carried out in the framework of the relativistic Fock-space coupled cluster (FSCC) and multireference configuration interaction (MRCI) methods. Using the calculated molecular properties, we determine the Franck-Condon factors (FCFs) for the $A^2\Pi_{1/2} \rightarrow X^2\Sigma^{+}_{1/2}$ transition, which was successfully used for cooling CaF and SrF and is now considered for BaF. For all three species, the FCFs are found to be highly diagonal. Calculations are also performed for the $B^2\Sigma^{+}_{1/2} \rightarrow X^2\Sigma^{+}_{1/2}$ transition recently exploited for laser-cooling of CaF; it is shown that this transition is not suitable for laser-cooling of BaF, due to the non-diagonal nature of the FCFs in this system. Special attention is given to the properties of the $A'^2\Delta$ state, which in the case of BaF causes a leak channel, in contrast to CaF and SrF species where this state is energetically above the excited states used in laser-cooling. We also present the dipole moments of the ground and the excited states of the three molecules and the transition dipole moments (TDMs) between the different states., Comment: Minor changes; The following article has been submitted to the Journal of Chemical Physics. After it is published, it will be found at https://publishing.aip.org/resources/librarians/products/journals/