Une avancée scientifique majeure a été annoncée le 20 août 2025, avec la publication dans la revue Physical Review Letters d'une étude détaillant la toute première imagerie d'un électron individuel au cours d'une réaction chimique. Cette prouesse technologique, réalisée au SLAC National Accelerator Laboratory, ouvre de nouvelles voies pour comprendre les transformations fondamentales de la matière.
Les chercheurs se sont concentrés sur l'observation du déplacement d'un électron de valence lors de la dissociation d'une molécule d'ammoniac. Contrairement aux techniques antérieures, qui permettaient de visualiser les atomes mais peinaient à capturer le mouvement des électrons de valence, acteurs clés des réactions chimiques, cette nouvelle approche offre une observation directe de ces particules. Ian Gabalski, auteur principal de l'étude, souligne l'importance de cette avancée pour l'optimisation du développement de médicaments, la création de technologies chimiques plus stables et la conception de matériaux de pointe.
La molécule d'ammoniac a été choisie pour sa structure légère, minimisant l'influence des électrons internes et facilitant la détection du signal recherché. L'expérience a utilisé la source de lumière cohérente Linac (LCLS) du SLAC, qui produit de puissantes impulsions de rayons X ultrarapides. La molécule a d'abord été excitée par un rayonnement ultraviolet, déclenchant le déplacement d'un électron et initiant la dissociation. Les impulsions de rayons X ont ensuite capturé les mouvements au sein du nuage électronique, reflétant la dynamique de la réaction.
Conformément aux principes de la mécanique quantique, les chercheurs ont utilisé la modélisation informatique pour reconstruire l'image et suivre les déplacements électroniques, décrits comme des nuages de probabilité. L'amélioration récente du taux de répétition des impulsions de rayons X du LCLS, passant de 120 à 33 000 par seconde, a été cruciale pour obtenir des données précises et appliquer de nouvelles techniques de cartographie électronique. Cette capacité à observer et potentiellement contrôler le mouvement des électrons est essentielle pour l'innovation dans des domaines variés, allant des technologies énergétiques aux applications médicales avancées.