L'absorption de l'énergie lumineuse par les grosses molécules est le moteur de la nature :la photosynthèse, vision, la synthèse de la vitamine D et de nombreux autres processus critiques utilisent l'énergie lumineuse pour remplir leurs fonctions.

L'absorption de la lumière peut également avoir des effets négatifs :une surexposition au soleil endommage l'ADN et peut provoquer un mélanome. La nature a développé des moyens de contourner ces effets. Par exemple, la protection de la peau est obtenue en canalisant efficacement l'énergie absorbée par l'ADN vers son état initial (ou fondamental), dans lequel il se trouvait avant l'absorption de la lumière.

Ce processus de flux d'énergie, se déroulant sur des échelles de temps ultracourtes de dizaines à centaines de femtosecondes (1 fsec =10 ^-15 secondes), est universel à toutes les molécules polyatomiques. Par conséquent, identifier les voies du flux d'énergie est crucial non seulement pour comprendre la nature, mais aussi pour une large gamme d'applications.

Le flux d'énergie passe par des entonnoirs appelés "intersections coniques". Ce sont des points du paysage énergétique de la molécule où différents niveaux d'énergie électronique se croisent. Le concept d'intersections coniques est universellement utilisé pour expliquer le flux d'énergie dans les molécules polyatomiques. Encore, ils n'ont jamais été observés ! Différentes stratégies ont été proposées pour les détecter, mais actuellement, aucun ne semble expérimentalement réalisable.

Une équipe de scientifiques du laboratoire de Majed Chergui à l'EPFL au sein du Lausanne Center for Ultrafast Science, le laboratoire d'Albert Stolow (Université d'Ottawa), et le laboratoire de Michael Schuurman (CNRC-Ottawa) ont maintenant conçu une approche sans ambiguïté pour détecter les intersections coniques dans les molécules polyatomiques. L'approche utilise la spectroscopie de rayons X résolue en temps (initiée par le groupe de Majed Chergui) qui est capable de détecter les changements de structure électronique avec la sélectivité des éléments, que l'énergie circule à travers l'intersection conique.

Les scientifiques ont effectué des simulations informatiques du flux d'énergie à travers la molécule d'éthylène, un modèle pour une large classe de molécules d'intérêt biologique. Les simulations ont révélé une empreinte claire et sans ambiguïté du passage à travers les intersections coniques par un changement de charge au niveau des atomes de carbone.

"L'identification des intersections coniques est quelque chose dont les photobiologistes et les photochimistes rêvent depuis longtemps et cela ouvre de nouvelles perspectives pour des développements futurs passionnants", déclare Majed Chergui.