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Astrid Bergeat

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Depuis 2015:

Sections efficaces de réaction en faisceaux moléculaires croisés

L’objectif de cette expérience de faisceaux moléculaires croisés est d’obtenir des informations microscopiques, telles que les sections efficaces intégrales ou différentielles, sur les collisions bimoléculaires réactives aux très faibles énergies de collision, conditions proches de celles que l’on retrouve dans le milieu interstellaire.

Pour cela, on associe des tuyères et lasers pulsés afin de générer des faisceaux supersoniques d’espèces très réactives et de sonder les réactifs et produits par ionisation multiphotonique résonante. D’autre part, l’angle de croisement des faisceaux moléculaires est continûment ajustable antre 90 et 12,5°, paramètre qui détermine l’énergie de collision. Ainsi, nous avons pu obtenir les sections efficaces intégrales et différentielles de réactions d’hydrocarbures insaturés avec le carbone atomique C(3PJ), espèce abondante dans les nuages denses, jusqu’à des énergies de translation relative des réactifs ET = 0,4 kJ mol-1, ce qui représente l’énergie translationnelle thermique moyenne (ET = 3/2 kT) à 30K.
Ainsi, nous avons pu démontrer que les réactions de ce type avaient une section efficace intégrale qui augmente fortement lorsque l’énergie diminue et sont donc sans barrière.

Un programme en cours est également axé sur les collisions inélastiques. En effet, Les calculs théoriques prévoient que la dynamique d’excitation rotationnelle des molécules CO et O2, induite par collision avec H2, est dominée par des résonances quantiques aux très basses énergies. Leur mise en évidence expérimentale est rendue difficile par la nécessité d’obtenir des énergies de collision très faibles et une grande résolution en énergie. Les expériences menées grâce à un montage de faisceaux moléculaires croisés à angle d’intersection variable, nous permettent ainsi d’observer le seuil des transitions j = 0 -> 1 de CO à 3,85 cm-1 et Nj = 10 -> 11 de O2 à 3,96 cm-1. Ces énergies correspondent à l’énergie cinétique moyenne d’un gaz à une température inférieure à 4 K. Les pics dans le tracé des sections efficaces intégrales en fonction de l’énergie de collision, constituent la première observation expérimentale de résonances pour des processus inélastiques. Le bon accord avec les calculs théoriques permet de valider les potentiels d’interaction et ainsi de déduire les constantes de vitesse pour la modélisation du milieu interstellaire. Nos résultats expérimentaux mettent en relief la nature quantique des interactions moléculaires aux très basses énergies.

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