La théorie quantique des collisions moléculaires prédit l’apparition de résonances, qui se manifestent par une forte augmentation des probabilités d’excitation (l’énergie de la collision est alors communiquée à l’un des partenaires). De tels processus ne peuvent être observés qu’à basse énergie de collision (correspondant à des températures de l’ordre de quelques Kelvin). Les positions et intensités des résonances sont très sensibles aux détails du potentiel d’interaction de ces molécules, qui s’attirent lorsqu’elles s’approchent l’une de l’autre (ceci est dû aux forces dites de Van der Waals). Des chercheurs du CNRS et des Universités de Bordeaux, Paris-Saclay et Grenoble ont réussi pour la première fois à observer de telles résonances dans un système impliquant une cible triatomique (l’eau « lourde », D2O) et un projectile diatomique (l’hydrogène moléculaire, H2). L’accord obtenu entre les déterminations expérimentales et théoriques des sections efficaces (qui caractérisent les probabilités d’excitation) est remarquable, démontrant la grande précision des calculs théoriques utilisés. L’excellent accord entre la théorie et l’expérience permet ainsi de valider les courbes théoriques d’énergie potentielle utilisées et de calculer les taux de collision utiles notamment pour la modélisation des milieux interstellaires. Le système eau-hydrogène est d’une importance capitale dans de nombreuses applications, par exemple dans l’étude du stockage de l’hydrogène ou de la formation des étoiles dans les nuages moléculaires. Par ailleurs, ces résultats ouvrent la voie à l’observation de résonances dans des systèmes polyatomiques à plus grand nombre d’atomes.

Figure :

Référence :

A. Bergeat, S. B. Morales, et C. Naulin (Institut des Sciences Moléculaires, CNRS, Université de Bordeaux), L. Wiesenfeld (Laboratoire Aimé Cotton, CNRS, Université Paris-Saclay), A. Faure (Institut de Planétologie et d’Astrophysique, CNRS, Université Grenoble Alpes), “Probing low-energy resonances in water-hydrogen inelastic collisions”, Phys. Rev. Lett. 125, 143402 (2020).

Contact Laboratoire Aimé Cotton :

Laurent Wiesenfeld (laurent.wiesenfeld@universite-paris-saclay.fr)