Une équipe de scientifiques européens a réalisé une avancée significative en observant directement les vibrations quantiques minimales, connues sous le nom de mouvement au point zéro, au sein d'une molécule complexe juste avant sa désintégration sous l'effet d'un puissant faisceau de rayons X.
Cette découverte, effectuée à l'European XFEL près de Hambourg, a permis de visualiser pour la première fois le comportement fondamental de la matière à l'échelle atomique. Le mouvement au point zéro, concept théorique représentant les vibrations quantiques minimales d'un système, est particulièrement difficile à appréhender dans les molécules complexes. Les chercheurs ont utilisé la molécule de 2-iodopyridine, soumise à des impulsions de rayons X ultracourtes et intenses. L'énergie délivrée a provoqué l'arrachement d'électrons, chargeant fortement la molécule et entraînant une répulsion immédiate entre ses composants, menant à sa fragmentation.
Pour capturer cette explosion moléculaire avec une précision sans précédent, l'équipe a employé le système COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Cet appareil permet de suivre simultanément plusieurs particules chargées avec une résolution temporelle extrême, mesurée en femtosecondes. Cette technologie a permis de reconstituer une image tridimensionnelle complète de la structure moléculaire au moment de sa rupture. Les analyses ont révélé que les fragments ne se séparaient pas selon une géométrie planaire attendue, mais présentaient des distorsions subtiles, témoignant d'un mouvement coordonné et non aléatoire, caractéristique de la mécanique quantique.
« Ce tremblement n'est pas du chaos, mais un ballet orchestré à l'échelle atomique », a commenté Markus Ilchen, auteur principal de l'étude. Ces observations ont été validées par des simulations informatiques avancées, qui n'ont pu reproduire les données expérimentales qu'en intégrant les effets quantiques. La recherche, publiée dans la revue *Science*, démontre la puissance des technologies modernes pour révéler des phénomènes auparavant considérés comme purement théoriques.
Cette expérience marque une avancée significative dans l'imagerie moléculaire, permettant pour la première fois d'observer le comportement quantique d'une molécule complexe en temps réel. Les travaux de Markus Ilchen, qui se concentrent sur les processus ultrarapides dans les molécules chirales, sont essentiels à cette compréhension. L'European XFEL, une installation de pointe, joue un rôle crucial en fournissant des impulsions de rayons X d'une intensité et d'une brièveté exceptionnelles. Les simulations informatiques, comme celles menées par Stefan Pabst, contribuent également à interpréter ces phénomènes complexes.
L'observation directe de ces vibrations quantiques offre une perspective sans précédent sur les mécanismes qui régissent la stabilité et la réactivité moléculaires, potentiellement utile pour le développement de matériaux innovants ou une meilleure compréhension des processus chimiques dans la nature. « La mécanique quantique est au cœur de la matière et de la vie », a souligné Stefan Pabst. « Voir ses effets si clairement est non seulement fascinant, mais essentiel pour faire progresser la science et les technologies futures ». Ces découvertes ouvrent la voie à un futur où le contrôle et la manipulation du comportement quantique des molécules pourraient révolutionner la science des matériaux, la pharmacologie et même l'informatique quantique.