Un physicien propose un moyen d'enregistrer les vitesses d'obturation des caméras à aperçu de molécules
Un rendu d'électrons étroitement groupés (à gauche) et d'un groupe plus lâche (à droite) frappés par des lasers à haute intensité. De nouvelles recherches de Colton Fruhling au Nebraska suggèrent que la taille du groupement d'électrons par rapport à un faisceau laser pourrait aider les chercheurs à déterminer la durée des paquets d'électrons ultra-courts, une étape cruciale vers la capture précise de la dynamique des réactions photochimiques telles que la photosynthèse. Crédit :Colton Fruhling / Scott Schrage | Communication universitaire
Capturer des images de photosynthèse et d'autres gymnastiques moléculaires en action signifie atteindre une vitesse d'obturation qui donne un aspect très rapide, très lent, si vite que les physiciens viennent tout juste de s'y frayer un chemin.
Là réside un autre problème :même quand ils le gèrent, ils ne le savent peut-être pas. Les physiciens ne peuvent pas observer exactement les molécules en mouvement et comparer ce qu'ils capturent avec ce qu'ils voient, comme ils le pourraient avec une photo numérique d'une scène de niveau macro. Telle est la vie lorsque l'on étudie des molécules qui se transforment, se cassent et tournent sur des périodes si courtes qu'elles font que les secondes semblent être des milliards d'années.
Mais Colton Fruhling de l'Université du Nebraska-Lincoln et ses collègues de l'Extreme Light Laboratory ont proposé une solution au deuxième problème qui pourrait s'avérer vitale chaque fois que leurs collègues physiciens parviennent à résoudre complètement le premier.
La première consiste généralement à tirer des paquets d'électrons sur des molécules - souvent tout en les bombardant avec un laser pour stimuler une réaction photochimique - puis à mesurer la manière dont ces électrons se diffractent des molécules. En plus d'une multitude d'aides théoriques et mathématiques, ces schémas de diffraction peuvent aider à discerner les positions des atomes et les longueurs des liaisons qui composent les molécules, essentiellement capturer des images d'une réaction photochimique qui peuvent être cousues ensemble dans un pseudo-film.
La durée d'un paquet d'électrons correspondant agit essentiellement comme l'équivalent physique laser de la vitesse d'obturation. Tout comme avec un appareil photo numérique, cette vitesse d'obturation doit au moins correspondre à la vitesse d'un sujet afin de le capturer avec une réelle fidélité. Et savoir que la vitesse d'obturation est essentielle pour confirmer la légitimité des images obtenues.
Cela s'avère difficile lorsque les réactions chimiques d'intérêt se produisent en quelques femtosecondes ou même en attosecondes. Une femtoseconde se compare à une seconde comme une seconde se compare à environ 31 millions d'années; pendant une attoseconde, c'est environ 31 milliards d'années, soit environ le double de l'âge estimé de l'univers.
Les physiciens ont concocté avec succès des méthodes pour mesurer la durée de paquets d'électrons qui ne durent que quelques femtosecondes, mais pas en attosecondes – la vitesse de clignotement et de 10 milliards de fois à laquelle se produisent de nombreuses réactions chimiques.
"Vous devez donc avoir un moyen de mesurer que vous (fonctionnez) en attosecondes, " dit Fruhling, un doctorant en voie d'obtenir son diplôme d'ici le printemps 2021. « Vous pouvez voir à quelle vitesse l'obturateur d'un appareil photo se déplace, parce que vous le regardez. Nos yeux sont assez rapides pour cela. Mais vous ne pouvez pas voir une attoseconde.
"Les gens veulent ces sources de faisceaux d'électrons attosecondes, mais ils doivent également s'assurer qu'ils les caractérisent et s'assurent qu'ils sont réellement attosecondes, afin que nous puissions croire la science qui en découle."
