La mécanique quantique révèle des phénomènes fascinants, tels que les effets d’interférence observés chez les électrons. Des chercheurs ont réussi à étudier ces effets en utilisant un dispositif appelé « attoclock », qui permet de mesurer le mouvement des électrons à l’échelle des attosecondes.
Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la physique moléculaire et de la chimie quantique.
Les effets d’interférence des électrons
Les électrons peuvent présenter des effets d’interférence similaires à ceux observés avec les ondes dans l’océan ou les ondes électromagnétiques qui transportent les signaux radio.
Grâce à l’attoclock, les scientifiques ont pu observer le mouvement quantique des électrons dans une molécule excitée. Cette mesure permet d’étudier comment l’oscillation cohérente des charges à l’intérieur d’une molécule présente des effets d’interférence à l’échelle des attosecondes.
L’impact de cette découverte
Le mouvement des électrons se produit à des échelles de temps si rapides que leur mesure ne peut être effectuée qu’avec des impulsions lumineuses extrêmement courtes (généralement inférieures à une femtoseconde). Jusqu’à présent, les mesures sub-femtosecondes n’étaient possibles qu’avec des sources d’ultraviolets extrêmes produites par des systèmes laser.
Les chercheurs ont besoin d’une source capable d’étendre ces impulsions courtes au domaine des rayons X pour permettre des mesures qui puissent distinguer le mouvement des électrons entre différents atomes d’une molécule.
Cette nouvelle méthode expérimentale permettra d’étudier la dynamique des électrons dans des molécules complexes, faisant progresser notre compréhension de la physique moléculaire et de la chimie quantique.
Un résumé de l’expérience
Le développement récent des lasers à électrons libres à rayons X attosecondes a ouvert de nouvelles voies pour la science ultra-rapide. Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé les impulsions de rayons X ultra-rapides du Linac Coherent Light Source pour créer une superposition cohérente d’états excités dans le monoxyde d’azote. Ces états excités sont éphémères et peuvent se désintégrer par le processus d’Auger-Meitner, où l’énergie d’excitation est libérée en éjectant un électron rapide.
Les chercheurs ont mesuré le processus de décomposition d’Auger-Meitner dans le domaine temporel à l’aide d’un attoclock, un dispositif capable de mesurer le temps d’arrivée des électrons avec une précision attoseconde. Ils ont observé que la dépendance temporelle de la désintégration n’est pas une simple fonction exponentielle, mais qu’elle contient des oscillations ultra-rapides.
Ces oscillations sont la signature de la dynamique cohérente des électrons, en particulier le battement quantique entre deux états quantiques excités de manière cohérente. Il s’agit de la première observation spécifique au site atomique du mouvement cohérent des électrons dans une molécule et de la première expérience dans le domaine temporel avec une résolution attoseconde utilisant un laser à électrons libres à rayons X.
En synthèse
L’étude des effets d’interférence des électrons à l’aide de l’attoclock représente une avancée majeure dans la compréhension de la physique moléculaire et de la chimie quantique. Cette découverte permettra aux chercheurs d’étudier la dynamique des électrons dans des molécules complexes et d’explorer de nouvelles voies pour la science ultra-rapide.
https://www.osti.gov/biblio/1862043
Légende illustration principale : Des électrons dans un état très excité tournent autour d’une molécule d’oxyde nitrique. Lorsque les électrons sont éjectés de la molécule, leur mouvement est capturé à l’aide d’un attoclock, montrant la signature de la cohérence quantique dans leur mouvement. Credit: Image Courtesy of SLAC National Accelerator Laboratory
