En explorant le mystère de la main moléculaire dans la nature, les scientifiques ont proposé un nouveau schéma expérimental pour créer des molécules miroirs sur mesure pour l'analyse. La technique peut faire tourner des molécules ordinaires si vite qu'elles perdent leur symétrie et leur forme normales et forment des versions en miroir les unes des autres. L'équipe de recherche de DESY, L'Universität Hamburg et l'University College London dirigés par Jochen Küpper décrivent la méthode innovante dans la revue Lettres d'examen physique . L'exploration plus poussée de la latéralité, ou chiralité (du grec ancien pour main, "chef"), non seulement améliore la compréhension du fonctionnement de la nature, mais pourrait aussi ouvrir la voie à de nouveaux matériaux et méthodes.

Comme tes mains, de nombreuses molécules dans la nature existent en deux versions qui sont des images miroir l'une de l'autre. "Pour des raisons inconnues, la vie telle que nous la connaissons sur Terre préfère presque exclusivement les protéines gauchères, tandis que le génome est organisé comme la fameuse double hélice droite, " explique Andrey Yachmenev, qui dirigent ce travail théorique dans le groupe de Küpper au Center for Free-Electron Laser Science (CFEL). « Depuis plus d'un siècle, les chercheurs ont percé les secrets de cette libertinage dans la nature, qui n'affecte pas seulement le monde vivant - les versions miroir de certaines molécules modifient les réactions chimiques et modifient le comportement des matériaux." Par exemple, la version pour droitier de la caravone (C dix H 14 O) donne au cumin son goût distinctif, tandis que la version pour gaucher est un facteur clé pour le goût de la menthe verte.

Domination, ou chiralité, ne se produit naturellement que dans certains types de molécules. "Toutefois, il peut être induit artificiellement dans des molécules dites symétriques, " déclare le co-auteur Alec Owens du Center for Ultrafast Imaging (CUI). " Si ces molécules sont agitées assez rapidement, ils perdent leur symétrie et forment deux formes miroir, selon leur sens de rotation. Jusque là, on sait très peu de choses sur ce phénomène de chiralité induite par rotation, car il n'existe pratiquement aucun schéma pour sa génération qui puisse être suivi expérimentalement."

L'équipe de Küpper a maintenant conçu informatiquement un moyen d'obtenir cette chiralité induite par rotation avec des paramètres réalistes en laboratoire. Il utilise des impulsions laser en forme de tire-bouchon appelées centrifugeuses optiques. Pour l'exemple de la phosphine (PH 3 ) leurs calculs de mécanique quantique montrent qu'à des taux de rotation de milliers de milliards de fois par seconde, la liaison phosphore-hydrogène autour de laquelle tourne la molécule devient plus courte que les deux autres de ces liaisons, et selon le sens de rotation, deux formes chirales de phosphine émergent. "En utilisant un fort champ électrique statique, la version gaucher ou droitier de la phosphine filante peut être sélectionnée, " explique Yachmenev. " Pour toujours réaliser la rotation unidirectionnelle ultra-rapide, le tire-bouchon-laser doit être affiné, mais à des paramètres réalistes."

Ce schéma promet un chemin complètement nouveau à travers le miroir dans le monde du miroir, car cela fonctionnerait en principe aussi avec d'autres, molécules plus lourdes. En réalité, ceux-ci nécessiteraient en fait des impulsions laser et des champs électriques plus faibles, mais étaient tout simplement trop complexes pour être résolus dans ces premières étapes de l'enquête. Cependant, la phosphine étant hautement toxique, de telles molécules plus lourdes et aussi plus lentes seraient probablement préférées pour les expériences.

La méthode proposée pourrait fournir des molécules miroirs sur mesure, et l'étude de leurs interactions avec l'environnement, par exemple avec de la lumière polarisée, devrait aider à percer davantage les mystères de la prédominance dans la nature et à explorer son utilisation possible, attend Küpper, qui est également professeur de physique et de chimie à l'Universität Hamburg :« Faciliter une compréhension plus approfondie du phénomène de la latéralité de cette manière pourrait également contribuer au développement de molécules et de matériaux sur mesure basés sur la chiralité, nouveaux états de la matière, et l'utilisation potentielle de la chiralité induite par rotation dans de nouveaux métamatériaux ou dispositifs optiques."