Vous pouvez avoir une bonne idée de la chiralité en mettant un gant pour droitier sur votre main gauche, deux formes identiques qui ne peuvent pas être superposées car elles sont des images miroir l'une de l'autre. Cette propriété est commune dans notre univers, des plus petites particules aux immenses galaxies.
Bien que les caractéristiques physiques des molécules chirales soient les mêmes, une seule des formes est généralement utilisée par les organismes vivants, par exemple dans l'ADN ou les acides aminés. Il existe de nombreuses raisons possibles pour lesquelles cette « homochiralité de la vie » existe, mais pas de consensus sur l'explication définitive. Pourtant les conséquences de ce phénomène sont immenses, par exemple en pharmacologie, où les deux images miroir d'une molécule chirale peuvent avoir des effets thérapeutiques très différents.
Pour révéler les propriétés subtiles des molécules miroirs dans une nouvelle étude, une équipe de recherche internationale a examiné leur photoionisation, à savoir la façon dont ils émettent des électrons lorsqu'ils sont frappés par la lumière. Lumière produite par un laser ultrarapide au Centre lasers intenses et applications (CELIA, CNRS/Université de Bordeaux/CEA) à Bordeaux a été polarisée circulairement puis dirigée vers des molécules de camphre. Cela a fait prendre au champ électromagnétique une forme de spirale régulière dont la direction pouvait être modifiée. Lorsque frappé par cette lumière en forme de spirale, une molécule chirale a émis un électron, qui a également suivi un chemin en spirale.
Les molécules de camphre gazeux sont orientées de façon aléatoire, donc le faisceau laser n'atteint pas toujours la molécule chirale du même côté, et les électrons sont émis dans des directions différentes. Or pour une image miroir donnée, plus d'électrons sont émis dans la même direction ou dans la direction opposée à celle de la lumière, selon le sens de la polarisation, tout comme un écrou tourne dans un sens ou dans un autre selon la direction dans laquelle la clé est tournée.
Samuel Beaulieu, un doctorat étudiant en énergie et matériaux co-encadré à l'INRS et à l'Université de Bordeaux, a étudié la source de ce phénomène avec ses collègues en mesurant très précisément comment les électrons sont émis. Cela lui a non seulement permis de confirmer que plus d'électrons sont émis dans une direction, mais l'a également amené à découvrir qu'elles étaient émises sept attosecondes plus tôt que dans l'inverse. Ainsi, la réaction d'une molécule de camphre ionisée par la lumière polarisée circulairement est asymétrique.
L'ionisation asymétrique des molécules chirales est une explication possible de la nature homochirale des organismes vivants. L'expérience de Samuel Beaulieu a capturé les premières attosecondes d'un processus qui, sur des milliards d'années d'évolution, aurait pu conduire à une préférence pour certaines molécules gauchers ou droitiers dans la chimie de la vie. Il faudra d'autres découvertes fondamentales comme celle-ci avant de comprendre toutes les étapes de cette histoire, qui se déroulent en attosecondes.
