Combler le gap en matière de transfert d'énergie - relier la théorie et l'expérience pour l'excitation collisionnelle – BRIGHTER

Les observations astronomiques récentes de molécules organiques complexes (COMs) ont mis en évidence la nécessité de développer et de tester de nouvelles méthodes pour calculer les taux de transfert d'énergie rotationnelle induits par les principaux collisionneurs des nuages interstellaires, des atmosphères planétaires et des enveloppes cométaires. Sans ces données, les calculs de transfert de rayonnement hors équilibre thermodynamique pour relier les observations aux abondances moléculaires sont impossibles. Cependant, ces nouvelles méthodes approchées ne peuvent être testées que par des expériences, et ces données font essentiellement défaut. Nous proposons de combler cette lacune en effectuant de nouveaux calculs sur des petites COMs prototypiques (HC3N, H2CO, CH3OH) avec He, N2, CO, (CO2 et H2O), représentatifs des principaux collisionneurs présents dans ces environnements, en utilisant soit des approximations de découplage centrifuge soit une approche statistique. Nous comparerons ces résultats avec les sections efficaces d'élargissement collisionnel mesurées dans des écoulements supersoniques uniformes froids (10-100 K) de He, N2 ou CO par la technique de « Chirped Pulse in Uniform Flow », en utilisant (si besoin) la génération d'espèces instables par laser UV et la spectroscopie « Chirped Pulse Fourier Transform Micro Wave » pour déterminer les sections efficaces pour les transitions rotationnelles in situ, en utilisant la nouvelle technique décrite dans Hays et al Nat. Chem. 14, 811 (2022). Pour H2CO, les coefficients de vitesse d’excitation collisionnelle d'état à état seront également déterminés par double résonance infrarouge - ultraviolet (« IRUVDR »). Une comparaison détaillée permettra de valider et d'améliorer ces nouvelles méthodes, avec des implications majeures pour l'interprétation des données d'observation des COMs, et éventuellement pour d'autres applications (atmosphère terrestre, combustion, plasmas) où les collisions inélastiques jouent un rôle important. À un niveau plus fondamental, la possibilité de confronter des données de haute qualité à basse température à une échelle absolue améliorera notre compréhension de base des collisions moléculaires et du transfert d'énergie.
Ce projet ambitieux et innovant comporte plusieurs défis théoriques et techniques majeurs, notamment : (1) l'extension des méthodes théoriques pour traiter les collisions polyatomiques-polyatomiques et les collisionneurs lourds (2) l'utilisation de la spectroscopie d'ondes millimétriques à impulsions chirpées résolues dans le temps dans des conditions fortement élargies en pression par la technique « Chirped Pulse in Uniform Flow » ; (3) la création d'écoulements supersoniques uniformes de N2 et de CO à des températures allant jusqu'à 20 K ; (4) l'installation et l'essai d'un tout nouveau type de tuyère de Laval pulsée à entraînement hydraulique, capable de fonctionner à un taux de répétition élevé (jusqu'à 100 Hz) et à de faibles pressions d'écoulement ; et (5) l'extension de la technique « IRUVDR » à l'étude de cibles polyatomiques dans des conditions de basse température. La réussite de ce projet aura un impact majeur sur les études des collisions moléculaires à basse température d'intérêt astrophysique.