Une nouvelle approche de calcul permet de prédire plus précisément la façon dont les atomes s’ionisent lorsqu’ils sont impactés par des électrons de haute énergie

Lors de l’ionisation par impact électronique (EII), des électrons à haute énergie entrent en collision avec des atomes, éliminant un ou plusieurs de leurs électrons externes. Pour calculer la probabilité qu’une ionisation se produise lors de ces impacts, les chercheurs utilisent une quantité appelée « section efficace d’ionisation ». L’EII est l’un des principaux processus affectant l’équilibre des charges dans le plasma chaud, mais jusqu’à présent, sa section efficace s’est avérée incroyablement difficile à étudier par des calculs théoriques.

Grâce à de nouvelles recherches publiées dans Le Journal Européen de Physique DStefan Schippers et ses collègues de l’Université Justus-Liebig de Giessen, en Allemagne, présentent de nouveaux calculs pour la section efficace EII, qui correspondent étroitement à leurs résultats expérimentaux. Leurs découvertes pourraient fournir de nouvelles perspectives utiles dans de nombreux domaines de recherche où le plasma chaud est étudié, notamment l’astrophysique et la fusion nucléaire contrôlée.

Jusqu’à présent, les sections efficaces EII se sont révélées particulièrement difficiles à calculer pour deux raisons principales : les interactions complexes qui peuvent émerger entre les électrons impliqués dans le processus et le large éventail de configurations électroniques possibles dans les atomes impactés.

Dans leur étude, l’équipe de Schippers a relevé ces défis en prenant en compte plusieurs aspects importants du processus EII dans ses calculs : notamment les propriétés relativistes des électrons se déplaçant rapidement et les interactions à l’échelle quantique entre les électrons et les ions. Plutôt que de se concentrer sur les configurations électroniques individuelles des atomes impactés, ils ont également pris en compte l’effet moyen de nombreuses configurations électroniques différentes.

Les chercheurs ont testé leur approche en calculant les sections efficaces simple et double EII des ions xénon à charges multiples, sur une large gamme d’énergies de collision. Ils ont ensuite comparé ces valeurs théoriques avec des résultats expérimentaux réels.

Dans la plupart des cas, leurs sections efficaces théoriques concordaient étroitement avec leurs expériences, devenant seulement moins précises à des énergies de collision plus faibles, au seuil où l’ionisation peut se produire. Sur la base de ce succès, Schippers et ses collègues espèrent désormais que leur approche pourrait offrir des indications importantes pour les calculs de sections efficaces EII dans les études futures.