Distribution KER résolue dans le temps dans l’explosion coulombienne du CO2 dimères. Crédit : Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-50759-2
Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par les professeurs Daniel Strasser et Roi Baer de l’Université hébraïque de Jérusalem, a fait une découverte importante en physique moléculaire, révélant une dynamique inattendue de rupture de symétrie dans les dimères de dioxyde de carbone ionisé. L’étude révèle de nouvelles perspectives sur les changements structurels qui se produisent lorsque ces amas moléculaires sont exposés au rayonnement ultraviolet extrême (EUV).
Le document de recherche intitulé « Dynamique de rupture de symétrie d’un dimère de dioxyde de carbone photoionisé » est désormais disponible en Nature Communications.
L’effort collaboratif a démontré que le CO ionisé2 les dimères subissent des réarrangements structurels asymétriques, conduisant à la formation de CO3 Cette découverte a des implications importantes pour l’atmosphère et l’astrochimie, offrant une compréhension plus approfondie du comportement moléculaire dans des conditions extrêmes.
Dans des environnements tels que l’espace froid et les environnements atmosphériques, les molécules de dioxyde de carbone forment souvent des paires de formes symétriques. Selon la mécanique quantique, la fonction d’onde de ces paires devrait conserver la symétrie même après ionisation. Cependant, des chercheurs de l’Université hébraïque de Jérusalem (Israël), de l’Institut Max Planck de physique nucléaire (Allemagne) et de l’installation de laser à électrons libres FLASH de DESY (Allemagne) ont observé un phénomène appelé brisure de symétrie.
Deux modèles de chimie quantique bien établis ont été utilisés pour prédire le comportement des dimères ionisés. Le premier modèle suggérait que les molécules se déplaceraient à l’unisson, conservant leur forme symétrique. En revanche, le deuxième modèle prévoyait que l’ionisation briserait la symétrie, provoquant la rotation lente d’une des molécules autour de son axe et son orientation vers son partenaire en 150 femtosecondes environ.
Grâce à l’utilisation d’impulsions EUV ultrarapides produites par le laser à électrons libres FLASH, les chercheurs ont confirmé le deuxième modèle, montrant que les dimères ionisés subissent effectivement un réarrangement structurel asymétrique.
Cette rupture de symétrie conduit à la formation de CO3 des fragments qui pourraient jouer un rôle crucial dans l’évolution chimique d’espèces plus complexes dans des environnements spatiaux froids.
La mécanique quantique et le phénomène de brisure de symétrie
Une question clé qui se pose dans cette étude est de savoir comment la brisure de symétrie se produit alors que la mécanique quantique l’interdit. Les chercheurs expliquent que, comme le célèbre chat de Schrödinger, la paire de molécules de dioxyde de carbone existe dans une superposition de deux états brisant la symétrie. Le système préserve la symétrie jusqu’à ce que la fonction d’onde quantique s’effondre lors de la mesure, ce qui entraîne l’un des états CO2 molécules en rotation par rapport à l’autre.
Le professeur Strasser, auteur principal de l’étude, a souligné l’importance de ces résultats : « Nos recherches démontrent la puissance de la combinaison de techniques expérimentales de pointe avec une modélisation théorique avancée pour découvrir un comportement moléculaire inattendu. Ces connaissances sur la dynamique des dimères de dioxyde de carbone ionisé pourraient ouvrir de nouvelles voies pour la chimie du dioxyde de carbone et contribuer à notre compréhension des processus planétaires et atmosphériques. »
Le professeur Baer, qui a dirigé la modélisation théorique, a commenté : « En comparant directement la théorie aux mesures expérimentales, nous améliorons notre capacité à simuler et à prédire le résultat de réactions chimiques qui se produisent dans des environnements éloignés et qu’il n’est pas possible de tester expérimentalement en laboratoire. »
Les résultats de l’étude ont des implications importantes pour la chimie atmosphérique, l’astrochimie et apportent de nouvelles perspectives sur le cycle du dioxyde de carbone atmosphérique. La découverte de réarrangements structurels asymétriques, la formation d’un CO3 La fraction et la dynamique résolue dans le temps offrent une compréhension plus approfondie des processus moléculaires dans des conditions extrêmes.
Cette recherche a été rendue possible grâce à une collaboration internationale et à l’utilisation d’installations de pointe, notamment le laser à électrons libres FLASH2 du DESY à Hambourg, en Allemagne. L’approche innovante de l’équipe ouvre la voie à de nouvelles recherches sur le comportement des amas moléculaires dans des conditions extrêmes, avec des applications potentielles allant de la science atmosphérique aux nouvelles méthodes de synthèse chimique.
Plus d’information:
Ester Livshits et al, Dynamique de rupture de symétrie d’un dimère de dioxyde de carbone photoionisé, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-50759-2
Fourni par l’Université hébraïque de Jérusalem
Citation:Des scientifiques découvrent un comportement inattendu dans les dimères de molécules de CO₂ après ionisation (2024, 31 juillet) récupéré le 31 juillet 2024 à partir de
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