Interactions d'ions négatifs d'hydrogène piégés et froids – COLD HMINUS

Le plus simple de tous les atomes, l'hydrogène, forme une espèce moléculaire diatomique stable bien connue, H2. Il forme aussi un ion moléculaire positif stable, H3+, qui est un composant important du milieu interstellaire et qui est étudié depuis de nombreuses années. Mais il est moins bien connu qu'il existe aussi un ion triatomique négatif stable, H3-. Il n'a que rarement été détecté expérimentalement, et il n'a fait l'objet jusqu'à présent que d'un petit nombre d'études théoriques. Dans ce projet, nous étudierons la formation, les propriétés, et la fragmentation de H3- et des anions triatomiques d'hydrogène HCO-, HNO- et HN2-, dans le cadre d'un projet conjoint entre une équipe expérimentale et deux équipes théoriques. La formation, la structure et la stabilité de ces ions négatifs seront étudiées, de même que les voies de fragmentation notamment par photodétachement. Ces informations seront déterminantes pour la recherche de l'existence éventuelle de ces ions dans le milieu interstellaire.

Les équipes théoriques d’Orsay et de Bordeaux calculeront les taux d’association de H- avec H2, CO, NO, et N2, à lafois par processus radiatif et par collision à trois corps, jusqu’à des températures de quelques kelvins. Ces informations seront utilisées par le groupe expérimental d’Innsbruck pour mettre en œuvre les expériences correspondantes et ainsi démontrer la formation de ces anions triatomiques d’hydrogène dans un piège à ions cryogénique. Des études spectroscopiques dans le domaine proche infra-rouge et infra-rouge lointain seront entreprises pour déterminer les fréquences de transition vibrationnelles et rotationnelles, afin de les comparer aux calculs réalisés en France. Les modèles théoriques pourront ainsi être améliorés pour parvenir à une description complète du spectre de ces anions. Ces données seront mises à la disposition des astronomes pour la recherche de raies d’émission de ces anions dans des observations radio-astronomiques. La stabilité de ces anions sera étudiée au travers de leur énergie de dissociation et de leur affinité électronique obtenue par des calculs avancés de chimie quantique. Ces calculs seront testés lors d’expériences visant à observer la dissociation par collision de ces anions, et par photo-détachement au seuil. En introduisant les taux de formation et de fragmentation dans les modèles de chimie interstellaire, l’abondance de H- par rapport à H3- pourra être comparée à celle de l’hydrogène, soit en utilisant la détection des raies d’émission de H3-, ou les bornes supérieures de densité de H3-.

L’ambition de ce projet est de proposer une connaissance nouvelle et approfondie de la structure et la stabilité de plusieurs espèces d’anions triatomiques d’hydrogène, et du rôle de H- dans les régions sombres et froides du milieu interstellaire.