Les physiciens de l'UCLA ont mis au point une méthode pour créer une nouvelle molécule unique qui pourrait éventuellement avoir des applications en médecine, la science alimentaire et d'autres domaines. Leurs recherches, qui montre aussi comment les réactions chimiques peuvent être étudiées à l'échelle microscopique à l'aide des outils de la physique, est rapporté dans le journal Science .

Depuis 200 ans, les scientifiques ont développé des règles pour décrire les réactions chimiques qu'ils ont observées, y compris les réactions dans les aliments, vitamines, médicaments et organismes vivants. L'une des plus répandues est la "règle de l'octet, " qui stipule que chaque atome d'une molécule produite par une réaction chimique aura huit électrons en orbite externe. (Les scientifiques ont trouvé des exceptions à la règle, mais ces exceptions sont rares.)

Mais la molécule créée par le professeur de l'UCLA Eric Hudson et ses collègues enfreint cette règle. Baryum-oxygène-calcium, ou BaOCa+, est la première molécule jamais observée par les scientifiques qui est composée d'un atome d'oxygène lié à deux atomes métalliques différents.

Normalement, un atome de métal (baryum ou calcium) peut réagir avec un atome d'oxygène pour produire une molécule stable. Cependant, lorsque les scientifiques de l'UCLA ont ajouté un deuxième atome de métal au mélange, une nouvelle molécule, BaOCa+, qui ne satisfaisait plus à la règle de l'octet, avait été formé.

D'autres molécules qui violent la règle de l'octet ont été observées auparavant, mais l'étude de l'UCLA est parmi les premières à observer une telle molécule à l'aide d'outils de la physique, à savoir les lasers, pièges à ions et pièges à atomes ultra-froids.

Le laboratoire d'Hudson a utilisé la lumière laser pour refroidir de minuscules quantités d'atomes et de molécules réactifs à une température extrêmement basse - un millième de degré au-dessus du zéro absolu - puis les faire léviter dans un espace plus petit que la largeur d'un cheveu humain, à l'intérieur d'une chambre à vide. Dans ces conditions très contrôlées, les scientifiques ont pu observer les propriétés des atomes et des molécules qui seraient autrement cachées à la vue, et les "outils de physique" qu'ils utilisaient leur permettaient de conserver un échantillon d'atomes et d'observer les réactions chimiques une molécule à la fois.

Les températures ultra-froides utilisées dans l'expérience peuvent également être utilisées pour simuler la réaction telle qu'elle se produirait dans l'espace. Cela pourrait aider les scientifiques à comprendre comment certaines molécules complexes, dont certains pourraient être des précurseurs de la vie, est venu à exister dans l'espace, dit Hudson.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils réunissaient du méthoxyde de calcium et de baryum à l'intérieur de leur système dans des conditions normales, ils ne réagiraient pas parce que les atomes ne pouvaient pas trouver un moyen de se réarranger pour former une molécule stable. Cependant, lorsque les scientifiques ont utilisé un laser pour modifier la distribution des électrons dans l'atome de calcium, la réaction s'est déroulée rapidement, produire une nouvelle molécule, CaOBa+.

L'approche fait partie d'un nouveau sous-domaine de la chimie inspiré de la physique qui utilise les outils de la physique ultra-froide, tels que les lasers et l'électromagnétisme, d'observer et de contrôler comment et quand se produisent les réactions à une seule particule.

Prateek Puri, étudiant diplômé de l'UCLA, le chercheur principal du projet, a déclaré que l'expérience démontre non seulement comment ces techniques peuvent être utilisées pour créer des molécules exotiques, mais aussi comment ils peuvent être utilisés pour concevoir des réactions importantes. La découverte pourrait finalement être utilisée pour créer de nouvelles méthodes de conservation des aliments (en empêchant les réactions chimiques indésirables entre les aliments et l'environnement) ou développer des médicaments plus sûrs (en éliminant les réactions chimiques qui provoquent des effets secondaires négatifs).

« Des expériences comme celles-ci ouvrent la voie au développement de nouvelles méthodes de contrôle de la chimie, " a déclaré Puri. "Nous créons essentiellement des 'sur les boutons' pour les réactions."

Hudson a déclaré qu'il espérait que le travail encouragerait d'autres scientifiques à réduire davantage l'écart entre la physique et la chimie, et de démontrer que des molécules de plus en plus complexes peuvent être étudiées et contrôlées. Il a ajouté qu'une des clés du succès de la nouvelle étude était l'implication d'experts de divers domaines :physiciens expérimentateurs, physiciens théoriciens et un physico-chimiste.

Un acteur clé de la recherche se fait déjà un nom à Hollywood. Un appareil appelé spectromètre de masse à temps de vol à piège à ions intégré, qui a été inventé par le laboratoire d'Hudson et qui a été utilisé pour découvrir la réaction - a été présenté dans un épisode récent de la sitcom "The Big Bang Theory".

« L'appareil nous permet de détecter et d'identifier les produits de réactions au niveau de la particule unique, et pour nous, ça a vraiment été un pont entre la chimie et la physique, " a déclaré Michael Mills, un étudiant diplômé de l'UCLA qui a travaillé sur le projet. "Nous avons été ravis de le voir repris par le spectacle."