CE30 - Physique de la matière condensée et de la matière diluée

Dynamique de relaxation d'astro-PAHs en couplant un anneau de stockage électrostatique cryogénique au rayonnement synchrotron VUV – SynPAHcool

Résumé de soumission

Le projet SynPAHcool a pour objectif d’étudier la dynamique de relaxation de cations d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) d’intérêt astrophysique suivant l’absorption d’un photon VUV et dans des conditions extrêmes d’isolation approchant celles du milieu interstellaire (MIS). Plus spécifiquement, nous désirons nous focaliser sur la compétition entre dissociation et refroidissement radiatif qui joue un rôle clé dans la survie de ces espèces dans le MIS.
Afin d’étudier cette compétition au laboratoire, un anneau de stockage électrostatique cryogénique (T<30K), appelé Polar Mini-Ring, sera construit, couplé et interfacé avec la ligne VUV DESIRS au synchrotron SOLEIL : un défi et une première. Ce dispositif fournira des mesures uniques des taux de relaxation (dissociation, refroidissement radiatif et éventuellement isomérisation) pour des cations HAP soumis à des photons VUV d’énergie variable et sur une gamme temporelle inégalée allant de la microseconde à la seconde. Les trois partenaires, ILM (Lyon), IRAP (Toulouse) et SOLEIL (Saint-Aubin) mettront en commun leurs expertises scientifiques et savoir-faire technologiques pour construire ce nouveau dispositif expérimental, réaliser des séries d’expériences préparatoires et trois campagnes sur la ligne DESIRS de SOLEIL.
Nos connaissances actuelles sur les taux de dissociation des HAP reposent sur des données hétérogènes provenant de différents dispositifs expérimentaux (temps de vol ou pièges à ions) dont les gammes temporelles très différentes sondent des gammes d’énergie internes très différentes. L’extrapolation de ces mesures d’une gamme à l’autre montre des différences très significatives. Un anneau de stockage électrostatique, tel que Polar Mini-Ring, permettra de résoudre ce problème en raison de sa très large dynamique temporelle allant de la microseconde à la seconde. Du côté des faibles énergies internes, la dissociation est en compétition avec le refroidissement par émission radiative qui peut se faire, pour les cations de HAP, par fluorescence récurrente dans la gamme de quelques millisecondes et par émission infrarouge jusqu’à plusieurs secondes. Pour quantifier précisément les taux de ces processus en fonction de l’énergie interne, il est crucial de travailler en régime d’absorption de photon unique, de façon accordable entre 7 à 14 eV, en partant d’ions refroidis. La ligne DESIRS est donc particulièrement bien adaptée pour irradier les cations de HAPs qui seront stockés et refroidis dans Polar Mini-Ring. La construction d’un dispositif de double hachage permettra de structurer temporellement le faisceau VUV de DESIRS pour l’adapter à la structure temporelle du stockage des ions dans Polar Mini-Ring et produire des séquences d’irradiation de cycle utile variable pour atteindre nos objectifs scientifiques.
Des expériences préliminaires seront menées afin de mettre en service Polar Mini-Ring et de préparer les campagnes à DESIRS. Leur objectif scientifique sera de mettre en évidence le processus d’isomérisation dans le cas du fragment -H du cation du methyl-pyrène et d’aller vers l’étude de HAP de grandes tailles pertinents pour l’astrophysique, contenant environ 80 atomes de carbone. Elles utiliseront le dispositif de piégeage en environnement cryogénique PIRENEA. L’objectif final du projet sera atteint lors de la dernière année avec les campagnes de mesures avec Polar Mini-Ring à SOLEIL.

Coordination du projet

Jérôme BERNARD (INSTITUT LUMIERE MATIERE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ILM INSTITUT LUMIERE MATIERE
SOLEIL Synchrotron SOLEIL
IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie

Aide de l'ANR 721 281 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 - 48 Mois

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