Des collisions de nature quantique dans le milieu interstellaire

Au cœur du milieu interstellaire, à très basse température, les atomes de carbone et d’hélium entrent régulièrement en collisions dites « inélastiques » : l’énergie de la collision est communiquée à l’atome de carbone qui passe dans un état excité. L’atome peut ensuite revenir dans son état fondamental en émettant un photon, contribuant ainsi au refroidissement du milieu. Pour mieux comprendre les conditions physiques qui règnent dans ces milieux et déterminer les abondances en atomes de carbone, des chercheurs de l'Institut des Sciences Moléculaires (CNRS/Université de Bordeaux) ont observé en laboratoire des collisions inélastiques entre des atomes de carbone dans leur état fondamental et des atomes d’hélium à des températures inférieures à 10 Kelvin (-263 °C). Leurs résultats expérimentaux, joints à ceux des calculs théoriques menés au Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (CNRS/Université Le Havre Normandie) en collaboration avec l’Université du Maryland (USA), mettent en évidence la nature quantique de ces collisions. Ces travaux, publiés dans la revue Nature Chemistry, représentaient un défi à la fois pour l’expérience (production d’une source de carbone dans son état fondamental La source utilisée a été développée à l’Université de Tel Aviv (Israël)) comme pour la théorie (calculs de dynamique quantique sur un système complexe non-adiabatique).  L’excellent accord entre la théorie et l’expérience permet de valider les courbes théoriques d’énergie utilisées et de calculer les taux de collision utiles pour la modélisation de ces milieux interstellaires.

Référence

Astrid Bergeat, Simon Chefdeville, Michel Costes, Sébastien B. Morales, Christian Naulin, Uzi Even, Jacek Kłos et François Lique 
Understanding the quantum nature of low-energy C(3Pj) + He inelastic collisions
Nature Chemistry – Mai 2018 
https://doi.org/10.1038/s41557-018-0030-y