Accueil > A la une

De fortes pertes dans des collisions purement élastiques de molécules

par com.lac - publié le , mis à jour le

De fortes pertes dans des collisions purement élastiques de molécules

Un groupe du CUHK (Hong Kong) a observé des pertes de molécules ultra-froides lors de collisions purement élastiques. La comparaison avec une simulation numérique réalisée au Laboratoire Aimé Cotton permet d’interpréter la raison de ces pertes à la formation de complexes temporaires tétra-atomiques.


Lors de collisions entre molécules diatomiques AB + AB, deux cas de systèmes existent :
(i) des systèmes exothermiques où l’énergie interne des produits A2 + B2 est moins élevée que l’énergie des réactants AB+AB,
(ii) des systèmes endothermiques où l’énergie interne des produits est plus élevée que celle des réactants.


Dans ce deuxième cas, lorsque les molécules sont formées à ultra-basse température dans leur état quantique fondamental absolu (incluant l’état fondamental électronique, vibrationnel, rotationnel et de spin), on n’a jamais suffisament d’énergie pour atteindre les niveaux internes excités des réactants et des produits. On s’attend donc à une collision dite élastique où les molécules préparées initialement ainsi n’ont d’autre choix après collision que de rester dans ce même état.



Figure : Taux de collision de pertes de molécules NaRb en fonction de la température


Cependant, lors d’une expérience récente réalisée à CUHK (Hong Kong) d’un processus endothermique de collisions de molécules NaRb ultra-froides dans leur état fondamental absolu [1], de fortes pertes sont observées alors qu’elles devraient être absentes et que les collisions devraient être purement élastiques. Pour comprendre cela, une étude théorique précédente [2] a émis l’hypothèse que la grande densité d’états tétra-atomiques au voisinage de l’énergie de collision diatome-diatome impliquerait une grande durée de vie effective d’un tétramère formé par les deux molécules. Cette formation d’un complexe temporaire devrait provoquer une perte apparente des molécules diatomiques libres, et ce avec une probabilité unitaire. Lorsque cette hypothèse de perte unitaire est utlisée, on obtient une prédiction théorique des taux de collision de perte en fonction de la température indiquée sur la figure. Le bon accord avec les résultats expérimentaux du groupe de Hong Kong en terme de magnitude et d’allure en fonction de la température permet de confirmer l’hypothèse des complexes de tétramères responsables des pertes dans des collisions élastiques.


Avant cette étude, on pensait donc que les molécules endothermiques et non réactives comme NaRb, contrairement aux molécules exothermiques et réactives comme KRb, pouvaient être des particules dipolaires idéales pour des applications en simulation et information quantique car immunisées contre les pertes. Cette étude montre qu’il n’en est rien et qu’il faut absolument trouver des moyens de contrôle pour protéger les molécules, qu’elles soient réactives ou pas.


En savoir plus : X. Ye, M. Guo, M. L. González-Martínez, G. Quéméner, D. Wang, "Collisions of ultracold 23Na87Rb molecules with controlled chemical reactivities", Science Advances 4, eaaq0083 (2018)


M. Mayle, B. Ruzic, G. Quéméner, J. L. Bohn, "Scattering of ultracold molecules in the highly resonant regime", Phys. Rev. A 87, 012709 (2013)


Contact : Goulven Quéméner (équipe Théomol)