Dynamique de fragmentation de molécules étudiée avec un mini anneau de stockage électrostatique. – ANNEAU

Ce projet concerne l’étude expérimentale de la dynamique de relaxation de systèmes moléculaires sur une large gamme de temps en contrôlant la quantité et le type d’énergie d’excitation. Les molécules ciblées vont des petites molécules comme l’isotopomère HDO jusqu’aux systèmes de tailles plus importantes comme les polypeptides. Pour l’excitation et la dissociation des petites molécules, il faut tenir compte des niveaux électroniques individuels avec des aspects quantiques très marqués. Pour les grosses molécules l’excitation s’effectue sur des bandes d’énergies et la relaxation d’énergie fait intervenir un grand nombre d’états rovibrationnels. Contrairement aux petites molécules, l’aspect statistique de la fragmentation l’emporte donc pour les gros systèmes. L’objet de ce projet est d’étudier la transition entre les deux aspects « statistique/non statistique » en faisant varier la taille du système. Ainsi, nous débuterons par l’étude du benzène pour aller jusqu’aux PAH tels que le coronène. De la même façon, partant de l’étude de dipeptides nous nous intéresserons aux longues chaines peptidiques constituées d’une centaine de peptides. On étudiera en fonction de l’énergie d’excitation les processus rapides ns-µs ainsi que les processus statistiques intrinsèquement lents ms-s. Pour cela il est nécessaire de maîtriser la quantité d’énergie déposée dans le système mais également sa nature électronique ou nucléaire.

En couplant des technologies innovantes dans les domaines du stockage d’ions et de la détection en coïncidence de fragments et d’électrons, le projet proposé ici permettra d’accéder aux dynamiques de relaxation aussi bien rapides que lentes. Ce projet s’appuie sur la construction d’un anneau électrostatique innovant. Cet anneau cryogénique et de taille raisonnable permettra une étude dynamique des systèmes grâce au stockage et au refroidissement des molécules sur des durées de plusieurs secondes. L’autre aspect innovant du projet concerne l’excitation des molécules. Les molécules seront refroidies par un temps de stockage suffisamment long puis portées dans un état d’excitation bien précis par interaction avec un faisceau d’ions. Ce dernier sera superposé au faisceau moléculaire sur une partie droite de l’anneau. Un effort particulier sera apporté à l’ensemble de détection. Comme les molécules ont une énergie cinétique de l’ordre du keV, la détection s’effectuera en cinématique inverse. Les fragments neutres, chargés et les électrons issus de la collision seront détectés en coïncidence. Des imageurs seront utilisés pour mesurer les énergies cinétiques des électrons et des fragments. C’est par la mesure précise de ces observables que l’on pourra accéder à des paramètres importants tels que la température du système ou les résonances en énergie.

Ce montage expérimental original et unique au monde permettra d’ouvrir un nouveau champ d’investigation des molécules organiques ou des molécules d’intérêt biologique en offrant une méthode complémentaire à la photodissociation (PID) et à la dissociation par électrons (ECD). L’utilisation d’un faisceau d’ions permet une excitation femto seconde des molécules sur une large gamme d’énergie, de quelque 0,1eV jusqu’à 300 eV, et suivant la nature et la vitesse de l’ion, l’excitation dominante est soit électronique, soit nucléaire. En lui-même, l’anneau présente déjà une véritable révolution par sa simplicité de conception, sa compacité et son coût modéré par rapport aux instruments analogues existants. Son principe de fonctionnement repousse la limite supérieure en m/q permettant d’étudier aussi bien les petites que les grosses molécules mono-chargées. A terme, certaines études scientifiques originales seront rendues accessibles de par les caractéristiques innovantes de l’appareillage, comme les transferts de charges entre des anions et des biomolécules protonées ou entre des ions multichargés (Xe30+) et des biomolécules très fortement négatives.