Une équipe internationale de chercheurs a franchi une nouvelle étape dans l’observation des mouvements énergétiques des électrons. La découverte, publiée dans la revue Science, ouvre une fenêtre inédite sur la structure électronique des molécules en phase liquide.
Dans une expérience rappelant la photographie en stop-motion, les scientifiques ont isolé le mouvement énergétique d’un électron tout en «gelant» le mouvement de l’atome beaucoup plus grand qu’il orbite dans un échantillon d’eau liquide. Les résultats offrent une nouvelle perspective sur la structure électronique des molécules en phase liquide, une échelle de temps jusqu’alors inaccessible aux rayons X.
La nouvelle technique révèle la réponse électronique immédiate lorsqu’une cible est frappée par un rayon X, une étape importante pour comprendre les effets de l’exposition aux radiations sur les objets et les êtres vivants.
« Les réactions chimiques induites par les radiations que nous voulons étudier sont le résultat de la réponse électronique de la cible qui se produit à l’échelle de l’attoseconde », a précisé Linda Young, auteur principal de la recherche et membre émérite au Laboratoire national d’Argonne.
De la théorie à la pratique
Un groupe multi-institutionnel de scientifiques issus de plusieurs laboratoires nationaux du Département de l’Énergie et d’universités aux États-Unis et en Allemagne a combiné expériences et théorie pour révéler en temps réel les conséquences lorsqu’un rayonnement ionisant provenant d’une source de rayons X frappe la matière.
Le travail sur les échelles de temps où l’action se produit permettra à l’équipe de recherche de comprendre plus profondément la chimie complexe induite par les radiations. Ces chercheurs se sont initialement réunis pour développer les outils nécessaires à la compréhension de l’effet de l’exposition prolongée aux radiations ionisantes sur les produits chimiques trouvés dans les déchets nucléaires.
En synthèse
Les chercheurs envisagent cette étude comme le début d’une toute nouvelle direction pour la science de l’attoseconde. La méthodologie développée permet l’étude de l’origine et de l’évolution des espèces réactives produites par les processus induits par les radiations, comme rencontrés dans les voyages spatiaux, les traitements contre le cancer, les réacteurs nucléaires et les déchets hérités.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une attoseconde ?
Une attoseconde est une unité de temps extrêmement courte, équivalant à un quintillionième de seconde (10^-18 seconde). C’est dans cette échelle de temps que les mouvements des électrons peuvent être observés.
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Comment cette recherche influence-t-elle la compréhension des réactions chimiques ?
En isolant le mouvement des électrons, les scientifiques peuvent étudier les réactions chimiques et les processus induits par les radiations avec une précision sans précédent, ce qui pourrait conduire à de meilleures protections contre les radiations et à des avancées dans le traitement du cancer.
Quel est l’impact de cette découverte sur la science des matériaux ?
Cette technique pourrait permettre de mieux comprendre les interactions entre les radiations et les matériaux, ce qui est essentiel pour le développement de nouveaux matériaux résistants aux radiations.
Quels sont les avantages de l’utilisation des rayons X dans cette recherche ?
Les rayons X permettent de sonder la structure interne des molécules et de suivre les changements électroniques à une échelle de temps très courte, ce qui est crucial pour comprendre les réactions chimiques à un niveau fondamental.
Quelles sont les implications de cette recherche pour la santé humaine ?
Comprendre les effets des radiations au niveau atomique et électronique est essentiel pour améliorer les traitements médicaux impliquant des radiations, tels que la radiothérapie pour le cancer.
Références
Légende illustration : Les scientifiques ont utilisé une paire d’impulsions de rayons X attosecondes synchronisées (illustrées ici en rose et en vert) provenant d’un laser à électrons libres à rayons X pour étudier la réponse énergétique des électrons (or) dans l’eau liquide à l’échelle de temps attoseconde, tandis que les atomes d’hydrogène (blanc) et d’oxygène (rouge) sont « gelés » dans le temps. Crédit : Nathan Johnson | Pacific Northwest National Laboratory
Science, Laboratoire national d’Argonne, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Linac Coherent Light Source (LCLS), SLAC National Accelerator Laboratory, Université de Chicago, Université de Washington, Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY).
Article : « Attosecond-pump attosecond-probe x-ray spectroscopy of liquid water » – DOI: 10.1126/science.adn6059
