Institut Rayonnement MatIère de Saclay / IRAMIS - Saclay

Institut Rayonnement MatIère de Saclay / IRAMIS - Saclay
Rayonnement de collision dans un gaz atomique à température ambiante
Spécialité Physique atomique
Candidature avant le 08-07-2016
Niveau d'étude Bac+5
Durée 4 mois
Formation Master 2
Poursuite possible en thèse oui
Unité d'accueil IRAMIS/SPEC/SPHYNX
Contact BERCEGOL Hervé
+33 1 69 08 74 37
[email protected]
Résumé
Étude théorique de l'émission de photons au cours d'une collision atomique binaire. Élaboration d'un test expérimental
de la prédiction de perte d'énergie inélastique par émission de photon au cours d'une collision d'atomes semblables.
Sujet détaillé
La vision usuelle des collisions atomiques élastiques devra être revue, si de récentes prédictions théoriques [1]
pouvaient être expérimentalement validées : dans toute collision entre deux atomes semblables, les deux atomes
suivent une trajectoire incurvée du fait de de la force attractive qui s'exerce entre eux. Lors de cette rotation, ils sont
soumis à un couple de freinage qui permet de convertir une partie de leur énergie cinétique en émission
électromagnétique.
La conception et la mise en oeuvre d'un test expérimental nécessite une étude préparatoire approfondie. Parmi les
nombreuses possibilités, une conception à base de faisceaux atomiques croisés sera plus particulièrement étudiée.
Le stage théorique proposé en premier lieu sur l'étude de l'émission électromagnétique attendue lors de collisions
binaires d'atomes de gaz rare.
Le cas de deux atomes dissemblables a déjà été mesurée en phase gaz [2], avec un bon accord entre le spectre
expérimental et le modèle théorique [3]. Une première tâche du stage sera l'extension de ces résultats au cas du
mélange de gaz rares. Ensuite, ceux-ci seront utilisés pour prédire l'émission de photons lors de la collision de deux
atomes différents dans une configuration en jets croisés.
Dans un troisième temps, le cas de deux atomes identiques sera abordé. Un premier modèle, aussi simple que
possible, sera construit pour obtenir une prédiction sur le rayonnement émis, et la formation potentielle de dimères liés
par les forces de dispersion.
[1] Bercegol, H., Lehoucq, R., "Vacuum friction on a rotating pair of atoms", Phys. Rev. Lett. 115, 090402 (2015)
[2] Frommhold L., "Collision-Induced Absorption in Gases", Cambridge University Press (2006)
[3] Buryak I. et al, "Far-infrared collision-induced absorption in rare gas mixtures: Quantum and semiclassical
calculations", J. Chem. Phys. 140, 154302 (2014).
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Mots clés
Compétences
Stage théorique
Logiciels
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Collision-induced emission in an atomic gas at ambient temperature
Summary
The photon emission in a binary atomic collision will be explored theoretically. The results will contribute to the design
of an experimental test of a recent prediction concerning collisions of like atoms.
Full description
The usual vision of elastic atomic collisions could be outdated if recent theoretical predictions [1] were experimentally
validated. In any collision between two like atoms, both will follow a curved trajectory under the effect of the attractive
dispersion force. During this rotation, they will be subject to a braking torque which will convert part of their kinetic
energy into electromagnetic outgoing radiations.
The design and implementation of an experimental test need a thorough preparatory study. Among the many
possibilities, we will focus on a crossed atomic beams design. This theoretical internship will be devoted to a first work
on the electromagnetic emission that should be expected from binary collisions in rare gas media.
The case of two dissimilar atoms was already measured in gaseous media [2], with a fair agreement between
experimental and theoretical spectra [3]. A first task of the intern will be the understanding of these results on rare gas
mixtures. Then these will be used to predict the photon outcome of a single collision of two different atoms in the crossbeams configuration.
In a third time, the case of two like atoms will be tackled. A first model, as simple as possible, will be built to obtain
preliminary predictions of emitted radiations, and of potential formation of dimers linked by dispersion forces.
[1] Bercegol, H., Lehoucq, R., "Vacuum friction on a rotating pair of atoms", Phys. Rev. Lett. 115, 090402 (2015)
[2] Frommhold L., "Collision-Induced Absorption in Gases", Cambridge University Press (2006)
[3] Buryak I. et al, "Far-infrared collision-induced absorption in rare gas mixtures: Quantum and semiclassical
calculations", J. Chem. Phys. 140, 154302 (2014).
Keywords
atomic physics
Skills
Softwares
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