Lorsqu'un atome est frappé par un électron de haute énergie, celui-ci peut transférer son énergie aux électrons de l'atome, les provoquant ainsi à s'ioniser. L'énergie d'ionisation est la quantité minimale d'énergie qui doit être transférée à un électron afin de le libérer de l'atome.
Les énergies d’ionisation des atomes ont été mesurées expérimentalement pour de nombreux éléments, mais ces mesures peuvent être difficiles et longues. Les méthodes théoriques de calcul des énergies d’ionisation sont donc essentielles pour comprendre les propriétés des atomes et des molécules dans des environnements extrêmes.
La nouvelle méthode, développée par des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, est basée sur une approche de mécanique quantique connue sous le nom de théorie fonctionnelle de la densité (DFT). La DFT est une méthode largement utilisée pour calculer les propriétés des matériaux, mais elle s'avère généralement moins précise que les autres méthodes pour calculer les énergies d'ionisation.
Les chercheurs ont surmonté cette limitation en développant une nouvelle façon de représenter la fonction d’onde de l’électron ionisé. Cette nouvelle représentation, basée sur une technique mathématique connue sous le nom de méthode B-spline, permet une description plus précise du mouvement de l'électron à proximité du noyau.
Les chercheurs ont testé leur nouvelle méthode sur divers atomes, notamment l’hélium, le néon, l’argon et le krypton. Ils ont constaté que leur méthode était plus précise que les méthodes DFT précédentes et, dans certains cas, elle surpassait même les méthodes plus sophistiquées, plus coûteuses en termes de calcul.
La nouvelle méthode devrait être utile pour diverses applications en physique des hautes énergies et en astrophysique, notamment l’étude des processus d’ionisation dans les plasmas, les atmosphères des étoiles et les interactions des atomes avec le rayonnement interstellaire.
