La Spectroscopie X : Métrologie et Sonde de l'Interaction avec les Ions de SIMPA – SMSI2-SIMPA

Ce projet concerne la physique des ions multichargés à basse énergie. Il a des visées fondamentales tant au niveau de la structure atomique que de la dynamique d'interaction. Un premier objectif est d'arriver à une compréhension détaillée de l'électrodynamique quantique et du problème à n-corps relativiste pour des systèmes à quelques électrons. Cet objectif sera abordé sous l'angle des énergies, par des mesures de très haute précision de transitions X dans des ions de Z moyen. Il sera abordé au travers des mesures de durée de vie (et donc de test de fonction d'onde) par l'utilisation d'un piège électrostatique en cours de réalisation. La nécessité de progrès à ce niveau se ressent quand on sait que dans l'hélium, il y a un profond désaccord entre les mesures très précises de la structure fine du niveau 2p et la théorie. Pour l'instant aucune explication n'a été avancée. Les calculs dans les éléments légers sont extrêmement compliqués. Des mesures très précises de cette structure fine dans des ions lourds pourraient aider à élucider la cause de ce problème car la dépendance dans la charge de l'ion des corrections à la structure fine est grande. Le second objectif est l'étude de l'interaction des ions lents avec des surfaces et dans une première étape avec des agrégats de van der Waals. L'émission X des ions fortement chargés permet d'accéder à la dynamique de l'interaction à des échelles de temps très courte (qqs fs) et de sonder la distance d'approche collisionnelle. Le piège électrostatique, en cours de réalisation, permettra de faire varier avec une finesse inégalée l'état de charge, la vitesse et l'angle d'incidence des ions sur une surface. La présence de physiciens spécialistes des surfaces au sein de l'INSP, nous permettra d'aborder des sujets inexplorés tels que l'interaction des ions lents avec des surfaces nanostructurées en espèce chimiques ou en propriétés magnétiques. - Le LKB et L'INSP ont installé et mis en ?uvre une source ECR (Electron-Cyclotron Resonance) qui fournit depuis 2003 des ions très chargés jusqu'au xénon. Le projet utilise les synergies et la complémentarité entre les techniques expérimentales des deux laboratoires et leurs capacités théoriques. Un spectromètre de Bragg à deux cristaux, en cours d'installation, permettra de mesurer des énergies absolues de rayons X avec des précisions meilleures que 1 ppm fournissant un test de très haute qualité des calculs théoriques. Un piège électrostatique en cours d'assemblage sera utilisé pour des mesures de durées de vies d'ions métastables très chargés et pour refroidir les faisceaux d'ions pour l'étude des surfaces. Un ensemble de chambres ultravide, de spectromètres et détecteurs de rayons X et d'ions sera installé pour une étude détaillée de l'interaction ion surface. Les études en cours sur l'interaction ion-agrégats vont permettre de valider les performances de ces spectromètres et des techniques de coincidence. Dans une deuxième phase, une nouvelle source ECR supraconductrice, utilisant les développements réalisés par le LKB et la collaboration «hydrogène pionique» qui arrive à sa conclusion, sera installée pour accroître fortement les capacités de l'installation (faisceaux plus intenses, ions plus chargés...). Nous projetons de développer des techniques innovantes (injection HF multifréquence ou large bande, régulation des pressions partielles de gaz...) pour obtenir des performances de classe mondiale. - Un des résultats importants de ce projet sera obtenu en comparant à la théorie, la valeur expérimentale de la raie M1 relativiste héliumoïde ou des raies lithiumoïde entre le soufre et l'argon. Lorsque la source supraconductrice sera en opération, on pourra passer à des éléments plus lourds, et étudier simultanément les autres transitions n=2 vers n=1, en recherchant bien sûr les transitions hydrogénoïdes jamais encore observées dans ce contexte. Cet ensemble de données devrait permettre de faire un bond qualitatif dans notre compréhension de la