Les scientifiques révèlent la danse secrète des molécules dans le domaine quantique !

Les scientifiques révèlent la danse secrète des molécules dans le domaine quantique !

Le 8 août 2025, des chercheurs de l'Université Goethe de Francfort feront état de progrès significatifs dans la visualisation des mouvements de la mécanique quantique. Dans le cadre d'un projet commun avec l'Institut Max Planck de physique nucléaire et le XFEL européen à Schenefeld près de Hambourg, ils ont rendu pour la première fois visible le mouvement du point zéro de la mécanique quantique dans des molécules plus grosses. Ce mouvement se produit même à température nulle absolue, ce qui signifie que les molécules ne s’arrêtent pas même lorsqu’elles sont dans leur état énergétique le plus bas.

L'équipe a examiné une molécule complexe, la 2-iodopyridine (C5H4IN), composée de onze atomes. Les résultats ont été publiés dans la célèbre revue « Science ». Le professeur Till Jahnke explique que les atomes des molécules vibrent de manière couplée et que leurs mouvements ne sont pas indépendants. Au cours de l'analyse, 27 modes de vibration différents de l'iodopyridine ont été enregistrés.

Méthode d'explosion coulombienne

Pour étudier ces phénomènes de mécanique quantique, l’équipe a utilisé l’imagerie d’explosion coulombienne (CEI). Cette méthode permet aux impulsions laser à rayons X d’éliminer les électrons des atomes, ce qui donne lieu à une configuration ionique chargée positivement. Les noyaux atomiques se séparent de manière explosive, ce qui est décrit comme un Big Bang microscopique. Les mesures ont révélé que des atomes chargés peuvent être trouvés en dehors du niveau moléculaire classiquement attendu, ce qui a ouvert de nouvelles perspectives sur les fluctuations quantiques.

Le microscope à réaction COLTRIMS utilisé à cet effet, développé à Francfort, mesure les moments et les lieux d'impact des débris atomiques. Cela permet une reconstruction exacte de la structure moléculaire. Les données collectées ont été initialement enregistrées dans une autre expérience au XFEL européen en 2019 et la collaboration avec des physiciens théoriciens a considérablement amélioré l'interprétation de ces données de mesure.

Perspectives pour les recherches futures

Les résultats de ces études ouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude de systèmes complexes de mécanique quantique, comme les mouvements des électrons dans les molécules. Un futur projet, financé dans le cadre de la stratégie d'excellence fédérale et étatique, vise à étudier des molécules plus grosses et à créer des films résolus dans le temps de leurs mouvements. La résolution temporelle pourrait descendre en dessous de la femtoseconde, ce qui promet des progrès significatifs en physique et en chimie moléculaire.

Les réalisations scientifiques de l'équipe illustrent l'importance de la collaboration interdisciplinaire dans la recherche moderne. De telles avancées sont cruciales pour approfondir notre compréhension des processus physiques fondamentaux des molécules et pour repousser davantage les limites de la recherche en mécanique quantique. Ces découvertes, les puk.uni-frankfurt.de, cui-advanced.uni-hamburg.de ainsi que nature.com largement documentés, représentent une étape importante dans la physique expérimentale.