De nombreux éléments constitutifs moléculaires de la vie ont deux versions qui sont des images miroir l'une de l'autre, appelés énantiomères. Bien qu'apparemment identiques, les deux énantiomères peuvent avoir un comportement chimique complètement différent, un fait qui a des implications majeures dans notre vie de tous les jours. Par exemple, tandis qu'une version du composé organique carvone sent la menthe verte, la forme miroir sent la graine de carvi. En pharmacologie et en conception de médicaments, il peut être essentiel de pouvoir distinguer les deux énantiomères et de les séparer si nécessaire, car les conséquences peuvent changer la vie. Par exemple, tandis qu'un énantiomère des bêta-bloquants cible sélectivement le cœur, l'autre n'agit que sur les membranes cellulaires de l'œil.

Maintenant, une équipe de recherche de DESY, L'Universität Hamburg et l'University College London ont proposé une nouvelle approche innovante pour séparer les molécules miroirs et, ce faisant, ont introduit un nouveau cadre théorique pour comprendre le phénomène. L'ouvrage est publié dans la revue Lettres d'examen physique . Les molécules qui existent dans des versions miroir les unes des autres sont appelées chirales d'après le mot grec ancien pour main, se référant au fait que la main droite et la main gauche sont des versions miroir l'une de l'autre. Pour des raisons encore inconnues, la vie privilégie souvent une version :alors que les protéines sont presque toujours gauchers, les sucres sont généralement droitiers.

"Traditionnellement, l'analyse chirale a été limitée aux liquides mais nous assistons à une augmentation croissante des méthodes en phase gazeuse car elles offrent une sensibilité beaucoup plus grande, " déclare Andrey Yachmenev, scientifique de DESY, auteur principal de l'étude. « La capacité de refroidir les gaz près du zéro absolu nous permet de mieux contrôler notre échantillon, et ceci à son tour peut être exploité pour séparer efficacement les énantiomères et produire des rendements plus élevés d'un énantiomère au lieu de l'autre."

Au cœur de leur approche se trouve une configuration laser spécialement conçue, composée d'une centrifugeuse optique, une impulsion laser en forme de tire-bouchon qui peut faire tourner des molécules incroyablement rapidement, plus de mille milliards de fois par seconde. Lorsqu'il est combiné avec un champ électrique supplémentaire, toute la configuration devient chirale et les deux énantiomères se comportent différemment, affichant une dynamique quantique unique.

"L'interaction du champ laser avec une molécule chirale crée ce que nous appelons un diastéréoisomère induit par le champ, " explique le co-auteur Emil Zak de DESY. Les diastéréomères sont des configurations différentes du même composé qui ne sont pas des versions miroir les unes des autres. Les caractéristiques distinctes des diastéréomères peuvent être utilisées pour séparer les énantiomères dans l'espace. " Il est important de noter que notre approche est contrôlable et nous pouvons augmenter la production d'un énantiomère par rapport à l'autre en modifiant simplement le temps que les molécules passent à interagir avec le champ laser, " ajoute le co-auteur Alec Owens de l'University College London.

Le schéma a été démontré informatiquement sur la molécule chirale prototypique oxyde de propylène (C3H6O), qui fut d'ailleurs aussi la première molécule chirale organique complexe à être détectée dans l'espace interstellaire. Des efforts sont maintenant en cours pour réaliser des expériences à DESY et capitaliser sur les techniques de déviation électrostatique mises au point dans le groupe d'imagerie moléculaire contrôlée dirigé par Jochen Küpper au Center for Free-Electron Laser Science CFEL, une institution commune de DESY, Société Max Planck, et Universität Hambourg.

"La manipulation de molécules chirales en phase gazeuse connaît une période de développement passionnant, à la fois pour des applications pratiques utilisées dans l'industrie, et pour fournir de nouvelles perspectives sur ce qui est un aspect très fondamental de la nature, " dit Yachmenev. " L'origine de la chiralité et de la main de la vie est l'un des grands mystères, mais nous nous rapprochons progressivement d'une compréhension plus profonde et plus complète."