L'Acide Formique Révélé Dynamiquement Chiral par des Vibrations Quantiques

Des recherches publiées en janvier 2026 dans la revue Physical Review Letters remettent en question l'hypothèse établie selon laquelle la molécule d'acide formique (acide méthanoïque, HCOOH) possède une géométrie parfaitement plane. Les données expérimentales, obtenues avec une précision inédite, indiquent que cette molécule est en réalité dynamiquement tridimensionnelle, perdant sa symétrie la majeure partie du temps sous l'effet de vibrations atomiques quantiques minimales. Cette découverte transforme la définition de la géométrie moléculaire, la faisant passer d'une propriété statique à un événement intrinsèquement dynamique où la planéité représente seulement une moyenne temporelle des oscillations.

L'expérimentation de haute fidélité a été menée en utilisant le faisceau de rayons X de la source PETRA III, située au centre d'accélération DESY à Hambourg. Les chercheurs ont employé la méthode COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy), un dispositif dont le Professeur Dr. Reinhard Dörner est co-fondateur, pour sonder la structure moléculaire. L'analyse a impliqué l'induction des effets photoélectrique et Auger par le faisceau X, entraînant l'éclatement de la molécule par une explosion de Coulomb. La mesure subséquente de ces processus séquentiels en coïncidence, rendue possible par le microscope à réaction COLTRIMS, a permis de reconstruire la géométrie moléculaire instantanée.

Les données recueillies ont mis en évidence une oscillation infime des deux atomes d'hydrogène, conférant à la molécule une forme chirale, c'est-à-dire non superposable à son image miroir, à presque chaque instant. La chiralité, traditionnellement associée à la construction statique d'une molécule, émerge ici comme une conséquence directe des effets quantiques, notamment les vibrations de point zéro. Le Professeur Dr. Reinhard Dörner, de l'Institut de Physique Nucléaire de l'Université Goethe de Francfort, a dirigé cette collaboration, qui comprenait également l'Université de Kassel, l'Université de Marbourg, l'Université du Nevada, l'Institut Fritz Haber et l'Institut Max Planck de Physique Nucléaire.

La portée de cette recherche dépasse la chimie organique fondamentale, car la chiralité est une propriété cruciale en biologie, où les énantiomères peuvent présenter des fonctions pharmacologiques radicalement différentes. Le fait que la trépidation quantique puisse induire une propriété aussi fondamentale que la chiralité suggère des implications plus vastes pour la compréhension de l'asymétrie dans la nature. Cette étude marque une transition conceptuelle en physique expérimentale, passant des modèles moléculaires idéalisés et statiques à une description où la dynamique quantique est primordiale, l'acide formique servant de modèle parfait pour explorer ces phénomènes complexes.