Une équipe internationale de scientifiques est la première à signaler des retards incroyablement faibles dans l’activité électronique d’une molécule lorsque les particules sont exposées aux rayons X.
Pour mesurer ces minuscules événements à grande vitesse, connus sous le nom de retards attosecondes, les chercheurs ont utilisé un laser pour générer des flashs de rayons X intenses qui leur ont permis de cartographier le fonctionnement interne d’un atome.
Leurs résultats ont révélé que lorsque les électrons sont éjectés par les rayons X, ils interagissent avec un autre type de particule appelé électron Auger-Meitner, provoquant une pause secondaire qui n’avait jamais été détectée auparavant. Ces résultats ont des implications pour un large éventail de domaines de recherche, car en savoir plus sur ces interactions peut révéler de nouvelles idées sur la dynamique moléculaire complexe, a déclaré Lou DiMauro, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Ohio State University.
« Les rayons X sont des sondes intéressantes de la matière », a déclaré DiMauro. « On pourrait les utiliser pour prendre une série d’instantanés d’une molécule pendant son évolution avant ou pendant une réaction chimique. »
L’étude a été récemment publié dans Nature.
Bien que de nombreux progrès notables aient été réalisés dans la capacité des scientifiques à étudier les délais d’attosecondes à l’aide de la lumière ultraviolette au cours des deux dernières décennies, pendant des années, cette tâche a été rendue d’autant plus difficile en raison de la rareté des outils avancés nécessaires pour les produire.
C’était si difficile que Pierre Agostini, professeur émérite de physique à l’Ohio State, a reçu le prix Nobel de physique 2023 pour ses travaux antérieurs visant à développer des techniques permettant d’étudier la dynamique des électrons à l’aide d’impulsions lumineuses qui durent des centaines d’attosecondes, une unité de temps équivalente à un quintillionième de seconde.
Ce n’est que relativement récemment que de nouvelles technologies telles que la Linac Coherent Light Source (LCLS), un dispositif laser à électrons libres massif du SLAC National Accelerator Laboratory de l’Université de Stanford, ont rendu ces impulsions beaucoup plus faciles à créer et à visualiser en laboratoire, a déclaré DiMauro.
Grâce au LCLS, l’équipe a étudié la manière dont les électrons habitent une molécule d’oxyde nitrique, en se concentrant sur les particules électroniques qui résident près du noyau d’oxygène de l’atome. Ils ont découvert des retards étonnamment importants allant jusqu’à 700 attosecondes, un schéma qui suggère que des facteurs plus complexes pourraient être en jeu pour déterminer ce qui les cause, a déclaré Alexandra Landsman, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Ohio State.
« Nous avons étudié ce qui se passe lorsque l’on extrait un électron des profondeurs d’un atome, et ce qui m’a surpris, c’est la complexité de la dynamique de ces électrons profondément liés », a déclaré Landsman. « Cela signifie que le comportement est bien plus complexe que ce que les scientifiques pensaient, et nous avons besoin de meilleures descriptions théoriques pour décrire pleinement l’interaction lumière-matière. »
Cependant, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre la structure de ces interactions, la découverte de détails jusqu’alors cachés à leur sujet donne également aux scientifiques de nouvelles perspectives à prendre en compte, a déclaré DiMauro.
Par exemple, si les scientifiques parviennent à mieux comprendre le comportement intra-particule, certains experts pensent que leurs découvertes pourraient être vitales pour des avancées dans les technologies de détection précoce du cancer, comme la possibilité d’utiliser des marqueurs moléculaires pour diagnostiquer les cancers du sang ou détecter les tumeurs malignes.
En outre, cet article suggère que, combinés à des modèles théoriques, les chercheurs pourraient utiliser les avancées de la science de l’attoseconde pour entrevoir la matière à certaines des plus petites échelles imaginables, ainsi que pour étudier plus en détail de nombreux mystères plus vastes de l’univers physique.
« J’ai hâte de voir comment nous utiliserons les impulsions attosecondes pour en apprendre davantage sur la science, l’ingénierie ou la nature en général », a déclaré DiMauro. « Car ce qui est décrit dans cet article est une indication d’un domaine qui va vraiment prospérer. »
Plus d’informations :
James Cryan, Retards d’attosecondes dans l’ionisation moléculaire des rayons X, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07771-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07771-9