Couplage entre un piège magnéto-optique et un spectromètre d'impulsion d'ions de recul ; applications aux collisions ions-atomes
Magneto Optical Trap Recoil Ion Momentum Spectroscopy; applications to ion-atom collisions
Résumé
87Rb atoms have been cooled, trapped and prepared as targets for collision studies with 2 and 5 keV Na+ projectiles. The physics studied deals with charge exchange processes. The active electron, which is generally the most peripheral electron of the atomic target, is transferred from the target onto the ionic projectile. The ionized target is called recoil ion. The technique used to study this physics is the MOTRIMS technique, which combines a magneto optical trap and a recoil ion momentum spectrometer. The spectrometer is used for the measurement of the recoil ions momentum, which gives access to all the information of the collision: the Q-value (which is the potential energy difference of the active electron on each particle) and the scattering angle of the projectile. The trap provides extremely cold targets to optimize the measurement of the momentum, and to release the latter from thermal motion. Through cinematically complete experiments, the MOTRIMS technique gives access to better resolutions on momentum measurements. Measurements of differential cross sections in initial and final capture states and in scattering angle have been done. Results obtained for differential cross sections in initial and final states show globally a good agreement with theory and an other experiment. Nevertheless, discrepancies with theory and this other experiment are shown for the measurements of doubly differential cross sections. These discrepancies are not understood yet. The particularity of the experimental setup designed and tested in this work, namely a low background noise, allows a great sensitivity to weak capture channels, and brings a technical and scientific gain compared with previous works.
Des atomes 87Rb ont été refroidis et piégés pour servir de cibles lors d'études de collisions avec des projectiles Na+ à 2 et 5 keV. La physique étudiée concerne le processus d'échange de charge. L'électron actif, qui est généralement l'électron le plus périphérique de l'atome cible, transite depuis la cible vers le projectile ionique. La cible ionisée s'appelle ion de recul. La technique utilisée pour appréhender cette physique est la technique MOTRIMS, qui associe un piège magnéto – optique et un spectromètre d'impulsion d'ions de recul. Le spectromètre sert à mesurer l'impulsion des ions de recul qui contient toute l'information de la collision : le Q de réaction (qui est la différence d'énergie potentielle de l'électron actif sur chacun de ses hôtes) et l'angle de diffusion du projectile. Le piège fournit des cibles extrêmement froides afin d'optimiser la mesure de l'impulsion et d'affranchir cette dernière de l'agitation thermique. Au travers d'expériences cinématiquement complètes, la technique MOTRIMS donne accès à de meilleures résolutions sur les mesures d'impulsion. Des mesures de sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux de capture et en angle de diffusion ont été réalisées. Les résultats obtenus pour les sections efficaces différentielles en états initiaux et finaux sont globalement en accord avec la théorie et une autre expérience. Néanmoins, des désaccords avec la théorie et cette autre expérience apparaissent pour les mesures de sections efficaces doublement différentielles. Ces désaccords ne sont pas encore compris. La particularité du dispositif expérimental conçu et testé au cours de ce travail, à savoir un faible bruit de fond, permet une grande sensibilité aux canaux de capture faiblement empruntés et apporte ainsi une plus-value technique et scientifique par rapport aux travaux antérieurs.
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