La vie (telle que nous la connaissons) est basée sur le carbone. Malgré son omniprésence, cet élément important recèle encore bien des secrets, sur terre et dans les cieux au-dessus de nous. Par exemple, des astrophysiciens comme Daniel Wolf Savin de Columbia qui étudient les nuages ​​interstellaires veulent comprendre comment les produits chimiques, y compris le carbone, tourbillonnant dans ces agrégats nébuleux de gaz et de poussière forment les étoiles et les planètes qui parsèment notre univers et donnent naissance à la vie organique.

Ces nuages ​​​​interstellaires sont froids à un extrême difficile à imiter dans un laboratoire, mais Columbia a des experts en science ultra-froide. Lors d'une retraite du département de physique il y a plusieurs années au laboratoire Nevis de Columbia, l'astrophysicien Savin a rencontré le physicien quantique Sebastian Will. Le laboratoire de Will est spécialisé dans le refroidissement des atomes et des molécules à leur limite absolue à l'aide de lasers. Les techniques de refroidissement par laser ont progressé rapidement ces dernières années, mais les choix typiques d'atomes et de molécules des physiciens n'apparaissent pas trop souvent dans la vie quotidienne. Savin voulait savoir :Pourriez-vous refroidir les molécules de carbone ?

La réponse, du moins théoriquement, est oui, selon une étude que l'étudiant diplômé en physique Niccolò Bigagli, Savin et Will a récemment publiée dans Physical Review A .

Le point de départ du refroidissement par laser de tout atome ou molécule est de comprendre comment il absorbe et émet de la lumière; ce processus réduit l'énergie cinétique de l'atome ou de la molécule, le refroidissant finalement et l'amenant à un arrêt proche. Les données spectroscopiques nécessaires sont difficiles à obtenir et nécessitent souvent un équipement de laboratoire coûteux, mais heureusement, des données sur les molécules de carbone existaient déjà dans la base de données ExoMol, une ressource open source de l'University College London de données de spectroscopie moléculaire que les astrophysiciens utilisent pour étudier les atmosphères des exoplanètes. .

Bigagli a plongé dans les données d'ExoMol et a développé un schéma qui devrait pouvoir utiliser des lasers pour refroidir les molécules de carbone jusqu'à des températures extrêmement froides, reproduisant plus étroitement ces conditions dans les nuages ​​interstellaires que ce qui était auparavant possible en laboratoire, a noté Savin. Ces molécules de carbone froides pourraient ensuite être piégées avec des pinces dites optiques pour une spectroscopie de haute précision de leurs propriétés fondamentales ou pour des expériences de réaction pour étudier leur chimie quantique, comme le souligne Will.

"Les molécules de carbone sont des éléments de base absolument essentiels pour tant d'autres molécules - c'est incroyable de penser aux possibilités de ce que nous pourrions créer avec ce nouveau schéma de refroidissement laser", a déclaré Bigagli. Cela pourrait inclure la combinaison de carbone avec des atomes d'hydrogène pour étudier une classe importante de molécules appelées hydrocarbures.

Le fait que les molécules de carbone, qui à certains égards sont assez différentes des molécules qui ont été refroidies au laser jusqu'à présent dans les laboratoires, se prêtent à la technique soulève également la possibilité que plus d'options soient sur la table qu'on ne le pensait auparavant. "Les molécules de carbone pourraient être le pont entre les molécules quelque peu ésotériques des physiciens et celles que les chimistes étudient avec des applications plus réelles", a déclaré Bigagli. L'équipe analyse actuellement des données supplémentaires pour identifier d'autres molécules intéressantes qui pourraient potentiellement être refroidies par laser, et réfléchit à ce qu'elles pourraient ajouter au carbone refroidi.

Seules des expériences réelles diront à quel point le système de refroidissement au carbone sera efficace, a déclaré Will, et il espère que son laboratoire sera bientôt en mesure de construire les configurations laser nécessaires. "Nous avons montré que, fondamentalement, cela fonctionnera avec une technologie de pointe - nous avons juste besoin des ressources pour le mettre en place", a-t-il déclaré. + Explorer plus loin

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