Etude des interactions Positronium-Hydrogène: Sections efficaces pour la production d'hydrogène négatif – SPHINX

Le projet de recherche SPHINX réunit physique atomique, physique de l’antimatière et astrophysique. L’objet d’étude est la réaction d’échange de charge entre un atome d’hydrogène (H) et un atome de positronium (Ps), conduisant à la formation d’un anion d’hydrogène (H–) et d’un positon libre. Cela englobe aussi la réaction conjuguée de charge avec de l’antihydrogène, permettant de produire un ion positif d’antihydrogène, au cœur de l’expérience GBAR au CERN, et la réaction inverse, la formation de positronium par impact de positons sur H–, un processus d’intérêt pour l’étude de l’annihilation des positons dans le milieu interstellaire.

Le volet expérimental du projet consiste en la mesure de sections efficaces par détection de H– produits lorsqu' un faisceau de H interagit avec une cible de Ps. Les résultats permettront de contraindre des modèles théoriques et fourniront aux différentes applications des sections efficaces validées. L’expérience GBAR au CERN est le seul cadre offrant à la fois la possibilité de réaliser un faisceau pulsé d'hydrogène neutre entre 6 et 10 keV et une cible dense de Ps. Une ligne de faisceau recevra une extension et sera équipée pour cette mesure.
Le faisceau d'hydrogène neutre sera produit par photo-détachement d'un faisceau de H-, fourni par le CERN. Afin d’étudier des états particuliers tels que H(2S) et Ps(3D), il faut descendre l’énergie de faisceau de H, jusqu’à 1 keV, et cela nécessite une étude dédiée. Enfin, le cas Ps(2P) sera étudié après finalisation d’un laser prévu à cet effet.

Le deuxième volet du projet est consacré aux simulations suivantes :
- optimisation du taux de production de l’ion d’antihydrogène pour GBAR, en application directe des mesures de sections efficaces ;
- étude de la production de positronium à partir de H– dans le milieu interstellaire.
Pour ce dernier cas, l’étude ciblera d’abord des environnements astrophysiques réputés riches en H–, notamment la zone de transition des nébuleuses planétaires. Le but est d’estimer l’importance de la réaction dans ce cas précis avant d'envisager une généralisation à des phases plus étendues du milieu interstellaire.