Reflets de la Physique n°61 mar/avr/mai 2019
Reflets de la Physique n°61 mar/avr/mai 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°61 de mar/avr/mai 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 56

  • Taille du fichier PDF : 3,8 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur l'amplification d'impulsions laser par dérive de fréquence.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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k 10 CC/ua 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 He-N 2 + à se stabiliser, il peut aussi se redissocier, et ainsi donner lieu à un échange isotopique (par exemple  : 18 O + 32 O 2 → 16 O + 16 O 18 O). La collision O + O 2 est donc centrale pour décrypter l’enrichissement isotopique d’O 3. L’ozone comporte 24 électrons dont l’énergie détermine une SEP (cf. encadré), et trois noyaux. Non seulement le mouvement de ces derniers sur la SEP obéit à l’équation de Schrödinger, mais surtout deux noyaux du même isotope sont indiscernables, propriété qui se révèle déterminante pour l’étude quantique des collisions. Une détermination précise de la SEP est cruciale, y compris dans la région asymptotique où O et O 2 sont presque dissociés. Les études basées sur des SEP présentant une barrière de potentiel dans la région asymptotique (au-dessus ou en dessous de l’énergie de dissociation) ont échoué à reproduire les distributions angulaires (voir un exemple dans la figure 2) et les mesures des vitesses de collision à différentes températures. C’est finalement une SEP sans aucune barrière obtenue par des calculs de chimie quantique de haut niveau qui a permis d’obtenir un excellent accord [5] entre théorie et expérience pour la réaction d’échange mentionnée plus haut. Le voile se lève donc petit à petit sur le mystère de l’ozone stratosphérique. Le 30 Reflets de la Physique n°61 Ca-BaCl + He-CH + Ar-NO + He-NO + k 10 CS/ua T = 10 -6 K 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 3. Vitesses de refroidissement vibrationnel en unités atomiques (ua) calculées à l’aide d’une méthode quantique (k 10 CC) et d’une approche statistique (k 10 CS) pour l’état (v=1, j=0) de la molécule diatomique considérée (N 2 +, NO +, CH +, BaCl +) par collision avec un atome (He, Ar ou Ca). La forte corrélation obtenue ici démontre la validité du simple modèle de capture statistique, qui peut donc être utilisé pour prévoir l’efficacité du refroidissement pour des systèmes similaires. La température pour laquelle les vitesses ont été calculées est de 10 -6 kelvin (K). prochain défi est de modéliser la collision avec un troisième corps tel N 2, qui stabilise O 3 * en emportant l’énergie perdue par le complexe et dans les milieux (ultra)froids Les collisions inélastiques ont trouvé un nouveau champ d’application avec le développement récent des techniques de refroidissement et de piégeage d’atomes puis de molécules, permettant d’atteindre des températures aussi basses que le microkelvin. L’objectif de ces études est d’obtenir des échantillons piégés stables d’atomes ou de molécules dans leur état fondamental d’énergie interne. Parmi les nombreuses techniques expérimentales disponibles, la méthode du refroidissement par un gaz tampon (buffer gas cooling) est à la fois la plus universelle et la plus simple à mettre en œuvre. Le refroidissement cinétique (abaissement de la vitesse des molécules) résulte des collisions élastiques de la molécule à refroidir avec un gaz porteur froid inerte d’atomes de gaz rare comme l’hélium ou, plus récemment, avec des atomes ultrafroids obtenus par refroidissement laser (principalement les atomes alcalins). On parle dans ce cas de « refroidissement sympathique ». Cette technique permet aussi d’effectuer le refroidissement rotationnel (diminuer l’énergie rotationnelle des molécules) mais ne permet pas d’assurer le refroidissement vibrationnel (diminuer l’énergie vibrationnelle des molécules), car les énergies de liaison typique des complexes de van der Waals formés par un atome du gaz tampon et la molécule sont généralement inferieures à la centaine de cm -1 ( 0,01 eV). Pour les molécules ioniques en revanche, les énergies de liaison des complexes de van der Waals sont nettement plus grandes et les états vibrationnels les plus bas de certaines de ces espèces chargées peuvent être refroidis, comme démontré expérimentalement pour la première fois pour la molécule BaCl + [6]. Un modèle de capture statistique donne des résultats en accord avec ceux d’une approche purement quantique (fig. 3) et permet de prévoir très simplement l’efficacité du refroidissement vibrationnel pour d’autres molécules ioniques [7]. Les techniques de piégeage reposent pour leur part sur l’utilisation de champs électromagnétiques. Les collisions de ces molécules piégées avec les atomes du gaz porteur peuvent mener à des transitions entre niveaux Zeeman moléculaires, et donc provoquer des pertes qui peuvent être évaluées par le calcul afin de prédire la faisabilité du refroidissement et du piégeage. L’idée de contrôler les résonances de collision par l’action d’un nouveau champ appliqué afin de favoriser par exemple la formation de complexes ultrafroids de taille croissante est apparue conjointement, et c’est dans ces deux domaines que les développements théoriques les plus marquants ont été effectués. L’étude théorique du contrôle, assisté par un champ externe, des résonances pour les systèmes les plus étudiés expérimentalement est un sujet toujours d’actualité [8]. Conclusion et perspectives Grâce aux progrès observationnels et expérimentaux réalisés ces dernières années, on est maintenant capable de détecter des espèces de plus en plus complexes, tant dans les milieux astrophysiques que dans les atmosphères planétaires, voire les milieux froids. Le besoin de données moléculaires pour la dynamique des molécules polyatomiques sera de plus en plus présent. Cela implique que les développements à venir pour les collisions moléculaires en
phase gazeuse s’orienteront probablement vers des systèmes dont la taille sera en constante augmentation. Néanmoins, l’étude des systèmes de petite taille devra nécessairement être poursuivie, car elle permet de valider les développements théoriques entrepris et elle apporte des informations extrêmement précieuses sur l’importance des effets quantiques dans l’étude des collisions moléculaires. Le défi principal est donc de traiter de manière quantique les systèmes à plus de trois atomes. Des résultats prometteurs existent déjà pour les collisions à quatre atomes, mais tout reste à faire pour les systèmes à cinq atomes ou plus. Le nombre de degrés de liberté augmente alors considérablement, et les SEPs impliquées dans ces systèmes sont très difficiles à déterminer avec précision. En outre, les couplages entre plusieurs SEPs sont à prendre en compte pour décrire correctement la dynamique des noyaux. Par ailleurs, pour ces types de systèmes, des méthodes quantiques exactes de dynamique fournissant les sections efficaces et les vitesses de collision restent à inventer, avec un formalisme qui s’affranchira du problème de l’augmentation de la dimensionnalité comme, par exemple, trouver des coordonnées appropriées. Toutes ces nouvelles caractéristiques entrainent des temps de calcul prohibitifs, qu’il faudra surmonter avec des ordinateurs encore plus puissants et par des techniques numériques performantes. Références 1 E. Roueff et F. Lique, Chemical Reviews 113 (2013) 8906. 2 V. Wakelam et al., Astrophysical Journal Supplement Series 217 (2015) 20. 3 M. Tizniti, S. D. Le Picard, F. Lique,C. Berteloite, A. Canosa, M. H. Alexander et I. R. Sims, Nature Chemistry 6 (2014) 141. 4 K. Mauersberger, Geophys. Res. Lett. 14 (1987) 80. 5 G. Guillon, P.Honvault, R. Kochanov et V. Tyuterev, J. Phys. Chem. Lett. 9 (2018) 1931. 6 W. G. Rellergert et al., Nature 495 (2013) 490. 7 T. Stoecklin et al., Nat. Commun. 7 (2016) 11234. 8 J.L. Bohn, A.-M. Rey et J. Ye, Science 357 (2017) 1002. La nuit 1" avril 2019 l'antimatière Une 5Jée festive aàp...darriithdromd...emr. we.r.1.4.+9.. 7.49 Des concours ouverts à tous Entrée 11h, sur inseren don Au Grand Rex à 18h30 louverture des portes 1 71.13Cq 1 boulevard Poissonnière, 750112 PARIS Avancées de la recherche iNuitAntimatIèrÉ Ieé,031431 ? LP.1114Erp 9M1111 La Société Française de Physique (SFP), le CNRS et le CEA organisent conjointement la Nuit de l’Antimatière qui se tiendra le lundi 1er avril 2019 dans plusieurs villes de France. Cette soirée festive aura pour but d’informer le grand public et le public scolaire sur tous les aspects de l’antimatière, qui est à la fois l’objet de nombreuses recherches et source de beaucoup d’applications, y compris dans la vie de tous les jours. Cet évènement s’inscrit dans le cadre des 80 ans du CNRS. Trois concours, destinés principalement aux étudiants et aux scolaires, sont lancés dans le cadre de la Nuit de l’Antimatière  : un concours de nouvelles/BD, un concours de photos/images/tableaux, un concours de vidéogags. Une vingtaine de sites interconnectés en France permettront la participation du plus grand nombre  : Annecy, Bordeaux, Caen, Clermont-Ferrand, Dijon, Dunkerque, Genève, Grenoble, Lille, Limoges, Lyon, Marseille, Orléans, Paris, Poitiers, Strasbourg, Toulouse... La soirée, qui se déroulera de 18 h 30 à 22 h 30, comportera une conférence débat dans chaque site, des visites de lieux emblématiques de la recherche sur l’antimatière ou de son utilisation, un quizz et une table ronde sur le thème « science et science fiction ». Il y sera également donné le palmarès des concours. La Nuit de l’Antimatière sera diffusée par webcast et "Facebook Live". Contact  : nuit-antimatiere@sfpnet.fr Inscriptions (obligatoires) aux soirées sur le site  : www.nuit-de-l-antimatiere.fr f Reflets de la Physique n°61 31



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