Excitation of 2 1S, 2 1P and 3 1P, 3 3P levels of helium in He+ on He collisions at a few hundreds eV

Abstract
The excitations of Helium on 2 1S, 2 1P and 3 1P, 3 3P levels in He+ on He collisions at low energy are investigated experimentally. The data are interpreted in the frame of a semi-diabatic description of He+2 , using a semi-classical treatment of the collision. 2 1P differential cross sections at 100 and 150 eV (Lab) and angular ion-photon correlation functions at 100 eV (Lab) and laboratory scattering angles of 10.25 and 12.5 deg. have been measured using an ion-photon coincidence technique. These data, together with previous measurements on 2 1S excitation, show that channels 2 1P and 2 1S are coupled by a secondary rotational mechanism. The effects of such mechanisms on the differential and total cross sections of both excited channels are examined in the général case using a 3 state model including two Σg states and one &Pig state. 3 3P differential cross sections have been measured at 120 and 150 eV (Lab) by detecting in coincidence the scattered ion and the 3 3P-2 3S photon (λ = 3 889 Å). Coincidence polarization measurements at 150 eV, 13.5 deg. (Lab) show that the symmetry of the final molecular state leading to 3 3P is Σ. In spite of the large number of secondary mechanisms involved in the 3 3P excitation (which produce Rosenthal effects in the total cross section), it is shown that an extremely simplified two state calculation is able to give the général features of 3 3P differential cross section, which are mainly determined by the primary mechanism. A similar coincidence technique operating on the 3 1P-2 1S line (λ = 5 016 Å) has been used to measure the 3 1P differential cross section at 150 eV (Lab). A calculation of the 3 1P excitation using a 3 state model is consistent with the polarization measurements at 150 eV, 12, 13.5 and 15.5 deg. (Lab) which show that the symmetry of the final molecular state is &Pi.

Résumé
On étudie expérimentalement l'excitation de l'hélium sur les niveaux 2 1S, 2 1P, 3 1P et 3 3P, par impact d'ions He+ d'une centaine d'eV. L'interprétation des résultats utilise une description moléculaire semidiabatique du système He+2, et un traitement semi-classique de la collision elle-même. On a mesuré, par une technique de coïncidence ion-photon, la section efficace différentielle pour l'excitation 2 1P, à 100 et 150 eV (Lab), ainsi que la corrélation angulaire ion-photon à 100 eV et pour des angles de diffusion de 10,25 et 12,5°. Les résultats obtenus complètent des mesures effectuées précédemment sur le niveau 2 1S et montrent que les voies 2 1P et 2 1S sont couplées par un mécanisme secondaire de type rotationnel. L'effet d'un tel mécanisme sur les sections efficaces différentielle et totale est examiné dans le cas général où interviennent 2 états de symétrie Σg et un état &Pig. La technique de coïncidence ion-photon, appliquée aux photons 3 3P-2 3S (λ = 3 889 Å) a permis de mesurer la section efficace différentielle pour l'excitation 3 3P à 120 et 150 eV (Lab). La polarisation des photons de coïncidence à 150 eV et pour un angle de diffusion de 13,5° (Lab) montre que l'état moléculaire final conduisant au niveau 3 3P a la symétrie Σ. Malgré le grand nombre d'états impliqués dans l'excitation 3 3P (et qui se manifestent par des effets Rosenthal dans la section efficace totale), on montre qu'un modèle extrêmement simplifié à 2 états reproduit grosso modo la section efficace différentielle, dont les caractéristiques générales sont déterminées surtout par le mécanisme primaire d'excitation. La même technique expérimentale, appliquée aux photons 3 1P-2 1S (λ = 5 016 Å) a permis de mesurer la section efficace différentielle pour l'excitation 3 1P à 150 eV (Lab). L'application à l'excitation 3 1P du modèle à 3 états conduit à attribuer la symétrie &Pi à l'état moléculaire final, ce que confirment les mesures de polarisation des photons de coïncidence faites à 150 eV et aux angles de diffusion de 12, 13,5 et 15, 5° (Lab).