Dans une célèbre parabole, trois aveugles rencontrent un éléphant pour la première fois. Chacun touche une partie - le tronc, oreille, ou côté—et conclut que la créature est un serpent épais, ventilateur, ou mur. Cet éléphant, dit Kang-Kuen Ni, est comme le monde quantique. Les scientifiques ne peuvent explorer qu'une cellule de cette vaste, créature inconnue à la fois. Maintenant, Ni a révélé quelques autres à explorer.

Tout a commencé en décembre dernier, lorsqu'elle et son équipe ont achevé un nouvel appareil capable d'obtenir les réactions chimiques à la température la plus basse de toutes les technologies actuellement disponibles, puis ont rompu et formé les liaisons les plus froides de l'histoire du couplage moléculaire. Mais leurs réactions ultrafroides ont également ralenti de manière inattendue la réaction à une vitesse lente, offrant aux chercheurs un aperçu en temps réel de ce qui se passe lors d'une transformation chimique. Maintenant, bien que les réactions soient considérées comme trop rapides pour être mesurées, Ni a non seulement déterminé la durée de vie de cette réaction, elle a résolu un mystère ultra-froid dans le processus.

Avec la chimie ultrafroide, Non, le professeur agrégé Morris Kahn de chimie et biologie chimique et de physique, et son équipe a refroidi deux molécules de potassium-rubidium juste au-dessus du zéro absolu et a trouvé "l'intermédiaire, " l'espace où les réactifs se transforment en produits, vécu environ 360 nanosecondes (encore des milliardièmes de seconde, mais assez longtemps). "Ce n'est pas le réactif. Ce n'est pas le produit. C'est quelque chose entre les deux, " dit Ni. En regardant cette transformation, comme toucher le flanc d'un éléphant, peut lui dire quelque chose de nouveau sur la façon dont les molécules, le fondement de tout, travail.

Mais ils ne se contentaient pas de regarder.

"Cette chose vit si longtemps que maintenant nous pouvons vraiment jouer avec... avec la lumière, " dit Yu Liu, un étudiant diplômé de la Graduate School of Arts and Sciences et premier auteur de leur étude publiée dans Physique de la nature . "Complexes typiques, comme ceux dans une réaction à température ambiante, vous ne pourriez pas faire grand-chose car ils se dissocient si rapidement en produits."

Comme les rayons tracteurs de Star Trek, les lasers peuvent piéger et manipuler des molécules. En physique ultrafroide, c'est la méthode incontournable pour capturer et contrôler les atomes, les observer dans leur état fondamental quantique ou les forcer à réagir. Mais lorsque les scientifiques sont passés de la manipulation des atomes à la manipulation des molécules, quelque chose d'étrange s'est produit :des molécules ont commencé à disparaître de la vue.

"Ils ont préparé ces molécules, dans l'espoir de réaliser bon nombre des applications qu'ils promettent :la construction d'ordinateurs quantiques, par exemple, mais au lieu de cela, ce qu'ils voient, c'est une perte, " dit Liu.

Atomes alcalins, comme le potassium et le rubidium Ni et son équipe d'étude, sont faciles à refroidir dans le royaume ultrafroid. En 1997, les scientifiques ont remporté un prix Nobel de physique pour le refroidissement et le piégeage des atomes alcalins dans la lumière laser. Mais les molécules sont plus bancales que les atomes :elles ne sont pas simplement une chose sphérique assise là, dit Liu, ils peuvent tourner et vibrer. Lorsqu'ils sont piégés ensemble dans la lumière laser, les molécules de gaz se sont heurtées comme prévu, mais certains ont tout simplement disparu.

Les scientifiques ont émis l'hypothèse que la perte moléculaire résultait de réactions - deux molécules se sont heurtées et, au lieu de partir dans des directions différentes, ils se sont transformés en de nouvelles espèces. Mais comment?

"Ce que nous avons trouvé dans cet article répond à cette question, " Liu a dit. " La chose même que vous utilisez pour confiner la molécule tue la molécule. " En d'autres termes, c'est la faute de la lumière.

Lorsque Liu et Ni ont utilisé des lasers pour manipuler ce complexe intermédiaire - au milieu de leur réaction chimique - ils ont découvert que la lumière forçait les molécules hors de leur chemin de réaction typique et dans un nouveau. Une paire de molécules, collés ensemble comme un complexe intermédiaire, peuvent devenir "photo-excités" au lieu de suivre leur chemin traditionnel, dit Liu. Les molécules alcalines sont particulièrement sensibles en raison de la durée de vie dans leur complexe intermédiaire.

"Essentiellement, si vous voulez éliminer les pertes, " Liu a dit, "Vous devez éteindre la lumière. Vous devez trouver un autre moyen de piéger ces choses." Aimants, par exemple, ou les champs électriques peuvent piéger des molécules, trop. "Mais tout cela est techniquement exigeant, " dit Liu. La lumière est juste plus simple.

Prochain, Ni veut voir où vont ces complexes quand ils disparaissent. Certaines longueurs d'onde de la lumière (comme l'infrarouge utilisé par l'équipe pour exciter leurs molécules de potassium-rubidium) peuvent créer différentes voies de réaction, mais personne ne sait quelles longueurs d'onde envoient des molécules dans quelles nouvelles formations.

Ils prévoient également d'explorer à quoi ressemble le complexe à différentes étapes de transformation. "Pour sonder sa structure, " Liu a dit, "on peut faire varier la fréquence de la lumière et voir comment varie le degré d'excitation. A partir de là, nous pouvons déterminer où sont les niveaux d'énergie de cette chose, qui renseigne sur sa construction mécanique quantique.

"Nous espérons que cela servira de système modèle, " Ni a dit, un exemple de la façon dont les chercheurs peuvent explorer d'autres réactions à basse température qui n'impliquent ni potassium ni rubidium.

"Cette réaction est, comme beaucoup d'autres réactions chimiques, une sorte d'univers à part entière, " dit Liu. A chaque nouvelle observation, l'équipe révèle un petit morceau de l'éléphant quantique géant. Comme il existe un nombre infini de réactions chimiques dans l'univers connu, il y a encore longtemps, long chemin à parcourir.