Un groupe de recherche dirigé par le professeur Matthias Kling de l'Institut Max Planck d'optique quantique (MPQ) et de l'Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU), en coopération avec l'Université américaine de Sharjah, a découvert une nouvelle méthode de production d'hydrogène protoné (H ⁺ 3 ). A l'aide d'impulsions laser à haute intensité, ils ont pu déclencher une réaction entre les molécules d'eau à la surface des nanoparticules entraînant la création d'ions trihydrogène. Ce scénario imite les conditions trouvées dans l'espace extra-atmosphérique, dans lequel les particules de poussière/glace sont exposées à un rayonnement suffisamment énergétique pour induire la formation d'ions trihydrogène.

Les conditions dans l'espace ne peuvent être décrites que comme extrêmes. La température est extrêmement basse et le rayonnement est incessant. C'est très certainement un environnement rébarbatif pour des organismes comme nous, mais il a peut-être bien joué un rôle positif dans l'émergence de la vie sur notre planète. Par exemple, une forme protonée d'hydrogène a été détectée parmi les molécules si peu réparties dans les vastes étendues du cosmos. Cette molécule ionisée, H ⁺ 3 (également connu sous le nom d'ion trihydrogène) est composé de trois protons et de deux électrons, et prend la forme d'un triangle équilatéral. En raison de sa nature très réactive, l'hydrogène protoné favorise la formation d'hydrocarbures plus complexes. Il est donc considéré comme un catalyseur important pour la synthèse de matières organiques, molécules à base de carbone qui forment la base de la vie telle que nous la connaissons.

Jusqu'à maintenant, H ⁺ 3 n'a été synthétisé sur Terre qu'à partir de composés organiques préformés ou dans des plasmas d'hydrogène hautement énergisés. Les physiciens du laser ont maintenant découvert une nouvelle voie pour la synthèse de H ⁺ 3 sur les nanoparticules, dans un système qui reproduit efficacement les conditions dans lesquelles la molécule peut se former dans l'espace. Leurs découvertes fournissent ainsi de nouvelles informations sur la formation d'ions trihydrogène dans des conditions extraterrestres.

Dans les expériences, les molécules d'eau adsorbées à la surface des nanoparticules de dioxyde de silicium ont été irradiées avec des particules extrêmement puissantes, impulsions laser ultracourtes femtosecondes, imitant essentiellement l'effet du rayonnement à haute énergie auquel les particules de poussière/glace sont exposées dans l'espace. La lumière laser a entraîné l'ionisation et la scission subséquente des molécules d'eau sur les nanoparticules. Cette séquence d'événements a à son tour permis au cation trihydrogène H ⁺ 3 être produit par une réaction entre des paires de molécules d'eau. "Nos expériences démontrent que la production de H ⁺ 3 sur les particules de poussière recouvertes de glace peut se produire en l'absence de tout autre facteur. Cette découverte nous aidera à comprendre comment la formation de molécules complexes est entraînée dans les conditions trouvées dans l'espace extra-atmosphérique, " dit Matthias Kling.