Une analyse mathématique avancée de l'ionisation d'un atome d'hélium par un proton impactant a révélé où des divergences surviennent entre les expériences et les calculs théoriques existants du processus

Lorsqu'un atome est impacté par un proton en mouvement rapide, l'un de ses électrons en orbite peut être éjecté, laissant derrière lui un ion chargé positivement. Pour comprendre ce processus, il est important pour les chercheurs d'étudier les distributions des angles auxquels les électrons se déplacent lorsqu'ils sont repoussés. Dans une nouvelle étude publiée dans EPJ D , M. Purkait et ses collègues du Ramakrishna Mission Residential College en Inde ont clairement identifié des domaines particuliers où des divergences surviennent entre les distributions angulaires mesurées dans les théories et les expériences.

Les résultats de l'équipe pourraient conduire à des calculs plus avancés de ce processus d'ionisation. À son tour, des techniques théoriques améliorées pourraient être appliquées dans des domaines aussi vastes que la physique des plasmas, thérapie contre le cancer, et le développement de nouvelles technologies laser. Avec les dernières techniques expérimentales, les physiciens peuvent maintenant mesurer avec précision comment les chemins angulaires des électrons émis varieront, dépendant à la fois de l'énergie de l'électron, et la quantité de mouvement transférée du proton impactant. Ces distributions sont décrites dans des calculs appelés « sections efficaces entièrement différentielles » (FDCS) – qui sont essentiels pour guider les modèles théoriques du processus d'ionisation. Jusque là, cependant, les calculs théoriques ont souvent contrasté de manière incertaine avec les FDCS obtenus expérimentalement.

Dans leur étude, L'équipe de Purkait a étudié l'ionisation d'un atome d'hélium par un impact de protons. Comme un noyau d'hélium contient deux protons et deux neutrons, les chercheurs ont étudié le processus à l'aide d'une approximation d'une « onde déformée à quatre corps » (DW-4B). Avec cet ensemble d'outils, ils pourraient se rapprocher des interactions profondément complexes impliquées en utilisant des mathématiques plus simples. Cela leur a permis de rendre compte des comportements de l'électron émis et du proton impactant dans le champ électrique du noyau d'hélium, et comment la position du noyau est déformée à son tour. En comparant leurs résultats avec les FDCS mesurés dans des expériences récentes, l'équipe a constaté qu'ils s'accordaient assez bien aux énergies d'impact élevées. Des divergences claires ne sont apparues que pour des valeurs plus élevées de transfert de quantité de mouvement proton-électron, et pour les électrons d'énergie intermédiaire. L'équipe espère maintenant que leurs résultats pourraient conduire à des améliorations des techniques théoriques dans les recherches futures.