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    La spectroscopie THz pourrait aider à expliquer les anomalies des eaux

    Sphère dipolaire de Lennard-Jones solvatée dans l'eau. Crédit :Hamm

    L'eau liquide soutient la vie sur terre, mais ses propriétés physiques restent mystérieuses parmi les chercheurs scientifiques. Récemment, une équipe de chercheurs suisses a utilisé des techniques de spectroscopie THz existantes pour mesurer la liaison hydrogène de l'eau liquide. Les efforts futurs avec cette technique pourraient un jour aider à expliquer les propriétés particulières de l'eau. L'équipe rend compte de ses conclusions dans Le Journal de Physique Chimique .

    "Ce qui rend ce papier spécial, c'est l'aspect de la spectroscopie THz d'un liquide. Dans la gamme THz, on fait explicitement la spectroscopie des degrés de liberté intermoléculaires du système à l'étude, pour l'opposer aux degrés de liberté intramoléculaires, " dit Peter Hamm, un auteur sur le papier. "Avec la spectroscopie THz, nous pouvons très directement regarder la liaison hydrogène entre diverses molécules d'eau."

    Les chercheurs utilisent la spectroscopie pour mesurer l'interaction de la matière avec la lumière et en déduire la composition physique de quelque chose. Dans cette expérience, les chercheurs ont excité une molécule de colorant dissoute dans l'eau avec une impulsion laser visible ultracourte, modifier sa répartition de charge. Puis, une impulsion THz mesurait la réponse des molécules d'eau environnantes en fonction du temps après ce processus d'excitation.

    spectroscopie THz, qui est relativement basse fréquence, permet aux chercheurs d'examiner les forces qui existent entre les molécules d'eau. L'observation de ces forces intermoléculaires pourrait aider les chercheurs à comprendre les anomalies de l'eau, parce que la liaison hydrogène dans les molécules d'eau liquide constitue de nombreuses propriétés inattendues de l'eau, comme sa densité inhabituelle maximale à 4 degrés Celsius.

    "La réponse que nous avons trouvée dans la gamme de fréquences THz était étonnamment lente. L'eau est généralement considérée comme un solvant très rapide avec une réponse dans la gamme subpicoseconde, mais nous avons trouvé une échelle de temps autour de 10 picosecondes dans le THz, ", a déclaré Hamm. Ils ont attribué la lenteur de l'échelle de temps à la nature collective de la réponse de l'eau qui a été sondée à l'aide de la spectroscopie THz.

    Hamm a précisé que les chercheurs utilisent la spectroscopie THz depuis plus de 20 ans et a mis en garde l'optimisme quant aux résultats. "Le résultat a souvent été un peu décevant car les spectres THz de liquides comme l'eau sont extrêmement larges et flous, et il est très difficile d'en extraire des informations, " a-t-il dit. Techniques résolues dans le temps, comme dans cette étude, pourrait surmonter cette limitation.

    Prochain, les chercheurs prévoient d'utiliser leur méthode pour examiner la structure et la dynamique de l'eau lorsqu'elle est encore liquide, mais en dessous du point de congélation. Hamm a expliqué, "Les propriétés spéciales de l'eau deviennent nettement plus prononcées si l'on descend à des températures inférieures au point de congélation."

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