Symmetry in the dissociative recombination of polyatomic ions and in ultra-cold few body collisions

par Nicolas Douguet

Thèse de doctorat en Physique moléculaire

Sous la direction de Viatcheslav Kokoouline et de Maurice Raoult.

Soutenue en 2010

à Paris 11 en cotutelle avec l'University of Central Florida , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Symétrie dans la recombinaison dissociative d'ions polyatomiques et dans les collisions ultra-froides de particules atomiques


  • Résumé

    Nous traitons le rôle des symétries dans la recombinaison dissociative (DR) de trois ions polyatomiques ; l'ion linéaire HCO+ et les deux ions à géométries hautement symétriques H3+ et H3O+. Concernant HCO+, nous utilisons le formalisme du défaut quantique à multi-voies (MQDT) pour décrire le processus de collision ion-électron. Notre étude tient compte de l'effet Renner-Teller pour modéliser le couplage vibronic non Born-Oppenheimer pour les ions linéaires. Nous avons aussi amélioré l'approche théorique en tenant compte du fort moment dipolaire de HCO+ en utilisant une généralisation du formalisme MQDT. Les résultats obtenus sont en bon accord avec les données expérimentales. Nous avons aussi étudié la DR des ions H3+ et H3O+ en utilisant un traitement théorique simplifié, qui se concentre sur l'ingrédient clé du processus DR, la capture électronique dans le premier état excité des modes normaux dégénérés des ions par effet Jahn-Teller. Pour ces deux ions les sections efficaces obtenues sont en accord avec les résultats expérimentaux. Finalement, nous avons étudié le rôle des symétries dans les collisions ultra-froides de particules atomiques en considérant les cas de systèmes de trois ou quatre particules identiques. Nous avons déterminé les réarrangements permis du système en différents fragments, de manière à satisfaire la symétrie totale de l'Hamiltonien moléculaire. Dans ce but, nous avons établi des correspondances entre les constantes du mouvement du système dans différentes configurations à grande distance et les représentations irréductibles du groupe de symétrie. Les règles de sélections et les états permis du système peuvent être obtenus de ces résultats.


  • Résumé

    We discuss the role of symmetries in the dissociative recombinations (DR) of three polyatomic ions, namely the linear HCO+ ion and the two highly symmetric H3+ and H3O+ molecular ions. Regarding the HCO+ ion, we apply a quantum mechanical treatment using the Multi-channel Quantum Defect Theory (MQDT) formalism to describe the ion-electron scattering process. Our study takes into account the Renner-Teller effect in order to model the non Born-Oppenheimer vibronic coupling in linear polyatomic ions. We have also improved the theoretical approach by including the large permanent dipole moment of HCO+ using a generalization of the MQDT formalism. The obtained results are in good agreement with experimental data. We also study the DR of H3+ and H3O+ symmetric ions using a simplified theoretical treatment, which focuses on the key ingredient of the DR process, the electron capture in the first excited degenerate vibrational normal mode of the ions through non Born-Oppenheimer Jahn-Teller coupling. For both ions the obtained cross sections are in good agreement with the available experimental data. Finally, we investigate the role of symmetries in few body ultra-cold collisions by considering both three and four identical atoms systems. We derive allowed rearrangements of different fragments of the system, satisfying the complete symmetry of the molecular Hamiltonian. For that purpose we establish a correspondence between constants of motion of the system in different large-distance configurations and irreducible representations of the total symmetry group. Selection rules and allowed states can be derived from these results.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVI-149 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 143-149

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