Une première : des scientifiques figent des atomes pour observer le mouvement des électrons dans l'eau liquide

Rendu artistique d’impulsions de rayons X attosecondes gelant tous les mouvements nucléaires dans l’eau liquide.

Pour mieux comprendre les effets des rayons X, des scientifiques ont réussi à stopper le mouvement des atomes afin d’observer les électrons se déplacer dans de l’eau liquide.

Les particules subatomiques sont si rapides que les échelles de temps que nous connaissons ne permettent pas de les mesurer. Jusqu’à aujourd’hui en tout cas. En étudiant les effets d’une exposition prolongée aux rayonnements ionisants sur les déchets nucléaires, des chercheurs sont parvenus à “figer” les atomes pour mieux observer les électrons dans de l’eau liquide, rapporte une étude publiée dans la revue Science le 15 février 2024.

Un groupe de scientifiques issus de plusieurs laboratoires nationaux et d’universités du département américain de l’énergie (DoE) ont mené une expérience semblable à la photographie en stop-motion. Ils ont ainsi réussi à isoler le mouvement énergétique d’un électron en “gelant” le mouvement de l’atome sur lequel il orbite dans un échantillon d’eau liquide.

Une réponse électronique immédiate

“La méthodologie que nous avons développée permet d’étudier les espèces réactives produites par des processus radio-induits, tels que ceux rencontrés dans les voyages spatiaux, les traitements contre le cancer, les réacteurs nucléaires et les déchets anciens”, a détaillé dans un communiqué Linda Young, autrice principale de la recherche et membre du DoE au laboratoire national d’Argonne.

Cette nouvelle technique permet de capter la réponse électronique immédiate d’une cible lorsqu’elle est frappée par un rayon X. “Les réactions chimiques induites par les rayonnements que nous voulons étudier sont le résultat de la réponse électronique de la cible qui se produit à l’échelle de l’attoseconde”, a expliqué la chercheuse.

L’attoseconde est un million de fois plus rapide que la picoseconde

Jusqu’à peu, les radiochimistes ne pouvaient résoudre des événements qu’à l’échelle de la picoseconde, une unité de masse “un million de fois plus lente qu’une attoseconde”. Pour leurs travaux, ils se sont appuyés sur la nouvelle science de la physique attoseconde développée par Pierre Agostini, Ferenc Krausz et Anne L’Huillier, lauréats du prix Nobel de physique 2023.

Observer l’effet des rayons X avec cette échelle de temps ouvre de nouvelles perspectives. Cela devrait permettre aux équipes de recherche d’en apprendre davantage sur les conséquences d’une exposition aux rayonnements sur les objets et les personnes.