IRRADIATION DE NANOSYSTEMES MOLECULAIRES FROIDS – COLDIRR

Irradier des nanosystèmes biomoléculaires en phase gazeuse est un nouvel axe de recherche en sciences des radiations. L'idée clé du projet COLDIRR est de placer le système moléculaire étudié en contact avec une goutte de gaz rare froid avant d'irradiation. La dynamique de l’irradiation est un processus complexe impliquant plusieurs mécanismes microscopiques concurrents, l’obtention de conditions bien contrôlées est un avantage certain pour une analyse détaillée des mécanismes élémentaires. Les gouttelettes de gaz rares (hélium, argon ...) offrent ici une remarquable opportunité de contrôler les conditions extérieures (température, orientation) dans lesquelles l'irradiation a lieu. L'idée de mettre un système moléculaire dans une goutte de gaz rare n’a été utilisé que pour l'analyse des propriétés moléculaires à faible énergie d’excitation. A notre connaissance, l’irradiation par impact de protons ou d’électrons rapides induisants des excitations fortement non-linéaires, est une nouvelle étape d'analyse de scénarios dynamiques. L'objectif est une analyse détaillée des mécanismes et la description très précise des processus, en dépit de la forte excitation. Cela nécessite un degré élevé de contrôle des conditions de travail, ce qui est attendu du dépôt du système moléculaire sur une gouttelette de gaz rare. L'ensemble du projet expérimental sera accompagné par une modélisation théorique s'appuyant sur le développement les plus récents pour décrire le système moléculaire déposé sur une nanogoutte de gaz rare et soumis à des perturbations électromagnétiques non linéaires.
Suscité par les avancées du programme blanc ANR MIRRAMO, le projet COLDIRR s’enracine dans la longue et fructueuse collaboration entre Lyon ((Institut Physique Nucléaire, Université de Lyon, France) et Innsbruck (Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik, Universität Innsbruck, Autriche). Cette collaboration a été renforcée par la collaboration franco-germanique entre le groupe théorique de Toulouse (Laboratoire de Physique Théorique IRSAMC, Université de Toulouse, France) et le groupe de physique théorique de l’Université d’Erlangen (Allemagne). Le croisement de l’axe théorique franco-germanique et de l’axe expérimental franco-autrichien est une véritable opportunité pour parvenir à un niveau élevé de synergie pour le développement expérimental, pour mettre en place une stratégie de mesure complémentaires pour l'irradiation avec des protons et avec des électrons et pour élaborer une stratégie commune entre les développements théoriques et les mesures.
Ainsi, des développements techniques seront engagées sur la base du savoir faire des groupes expérimentaux (jet de nanogouttes Ar/He, système de détection). Ces développements permettront une analyse détaillée des processus de fragmentation de systèmes biomoléculaires après une collision avec un proton. Le groupe théorique de Toulouse mettra en place de nouveaux modèles basés sur la fonctionnelle de la densité dépendant du temps dans l’approximation de la densité locale pour décrire l'irradiation des nano-systèmes biomoléculaires avec les protons et les électrons. Les effets de l'eau et de l'incrustation des molécules dans les nanogouttes d’argon seront l’objet d'un intérêt particulier dans ces études théoriques.
La conception du projet permet la réalisation technique en parallèle avec les mesures expérimentales. Celles-ci débuteront par l'étude des collisions d’agrégats moléculaires protonés simples avec des faisceaux monocinétiques de protons ou d’électrons et la complexité des systèmes étudiés (hydratation, l'incrustation dans des goutelettes de Ar/He) sera augmentée progressivement. L’analyse des modes de fragmentation et la mesure des sections efficaces pour différents systèmes moléculaires à différents degrés de complexité apportera des informations uniques pour élucider les phénomènes qui sous-tendent l’action des rayonnements ionisants.