Enfin! Des scientifiques parviennent à observer l'intérieur des molécules
Des physiciens en Europe ont pu observer le mouvement d'électrons au sein de molécules. Ces résultats sont une véritable révolution pour le monde de la recherche. Connaître le mouvement des électrons au sein des molécules facilitera les observations et renforcera notre compréhension des réactions chimiques. Présentés dans la revue Nature, l'étude a été soutenue par trois projets financés par l'UE à hauteur de 14,4 millions d'euros au total. Les projets XTRA («Ultrashort XUV (extreme ultra-violet) pulses for time-resolved and non-linear applications») et MAXLAS («Emerging X-ray science and technology: combining laser and accelerator physics») ont reçu 3 et 1,4 millions d'euros respectivement dans le cadre du programme de mobilité Marie Curie du sixième programme-cadre (6e PC). Le projet LASERLAB-EUROPE («The integrated initiative of European laser research infrastructures II»), quant à lui, est financé au titre de la ligne budgétaire «Infrastructures de recherche» du septième programme-cadre (7e PC) à hauteur de 10 millions d'euros. Les physiciens, menés par le professeur Marc Vrakking, directeur de l'institut Max Born d'optique non-linéaire et de spectroscopie à impulsions courtes en Allemagne, ont utilisé des lasers à impulsions attosecondes pour réaliser cet exploit technique. Jusqu'ici, les scientifiques n'avaient jamais pu observer ces mouvements en raison de l'extrême rapidité des électrons. Une attoseconde est un milliardième de milliardième de seconde. En une attoseconde, la lumière parcourt la distance d'un millionième de millimètre, ce qui équivaut en réalité à la distance séparant une extrémité d'une petite molécule à l'autre. En créant des impulsions laser d'une attoseconde, les scientifiques ont pu capturer des «images» des mouvements des électrons au sein des molécules. Dans le cadre de ce projet, les physiciens ont étudié une molécule d'hydrogène (H2). Cette dernière contient à peine deux protons et deux électrons, ce qui lui a valu le titre de «molécule la plus simple» par les experts. L'équipe a utilisé son laser attoseconde pour déterminer comment se déroulait l'ionisation au sein d'une molécule d'hydrogène. Au cours de l'ionisation, un électron est supprimé de la molécule, et le statut énergétique de l'autre électron change. «Grâce à ces expériences, nous avons pu démontrer pour la première fois que le laser attoseconde permet d'observer le mouvement des électrons au sein des molécules», expliquait le professeur Vrakking. «Tout d'abord, nous avons irradié la molécule d'hydrogène avec un laser à impulsion attoseconde, ce qui a conduit à la perte d'un électron pour la molécule (qui a été ionisée). De plus, nous avons coupé la molécule en deux parties grâce à un faisceau laser infrarouge, comme avec une minuscule paire de ciseaux», ajoute-il. «Cela nous a permis d'examiner la répartition de la charge entre les deux fragments; étant donné qu'il qu'un électron a disparu, un fragment sera neutre, et l'autre aura une charge positive. Nous savions où se trouvait l'électron perdu, dans le fragment neutre.» Au cours des 30 dernières années, les scientifiques utilisaient des lasers femtosecondes pour observer les molécules et atomes. Une femtoseconde équivaut à un millionième de milliardième de seconde, c'est à dire qu'elle est mille fois plus lente qu'une attoseconde. Suivre le mouvement de molécules et des atomes avec un laser à femtoseconde est relativement simple. Les scientifiques ont permis de faire progresser cette technologie en développant des lasers attosecondes, utilisés dans diverses études en sciences naturelles, et notamment celle décrite ici-même. Commentant sur les calculs et la complexité de ce problème, le Dr Matthias Kling du Max-Planck Institut für Quantenoptik, en Allemagne, co-auteur de l'étude, expliquait: «Nous avons découvert que les états doublement excités, c'est-à-dire une excitation des deux électrons d'une molécule d'hydrogène, peuvent contribuer à la dynamique observée». Et le professeur Vrakking de conclure: «Nous pensions résoudre le problème, mais n'y sommes pas parvenus. Nous n'avons fait qu'ouvrir une porte. Mais c'est en réalité ce qui rend le projet beaucoup plus important et intéressant.» Les contributions à cette étude proviennent de scientifiques de Colombie, d'Allemagne, d'Espagne, de France, d'Italie, des Pays-Bas, de Suède et du Royaume-Uni.
Pays
Colombie, Allemagne, Espagne, France, Italie, Pays-Bas, Suède, Royaume-Uni