Même au zéro absolu, la matière continue de bouger : des chercheurs ont filmé pour la première fois ses vibrations secrètes

Des chercheurs observent pour la première fois le ballet secret des atomes : même au zéro absolu, la matière vibre. Ce phénomène longtemps supposé mais jamais capté jusqu’alors marque une avancée décisive dans l’observation de la matière. Pour la première fois, la science saisit l’invisible avec une précision inégalée.

Une découverte révolutionnaire : la matière continue de vibrer même au repos absolu

Au cœur de la matière, bien au-delà de ce que nos yeux peuvent percevoir, les atomes ne cessent jamais de bouger. Même lorsque la température atteint le zéro absolu, soit -273,15 °C, la théorie quantique prévoit que ces particules subissent encore des vibrations résiduelles. Jusqu’ici, cette idée restait purement théorique.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs européens a franchi une étape majeure. Ils ont observé pour la première fois ces mouvements quantiques à l’intérieur d’une molécule complexe.

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Grâce à une technologie de pointe, ils ont capturé ces vibrations infimes. Celles-ci apparaissent juste avant la désintégration de la molécule, provoquée par un faisceau de rayons X extrêmement puissant.

Comment les scientifiques ont filmé une molécule en pleine désintégration

Pour réussir cette prouesse, les chercheurs ont utilisé une molécule appelée 2-iodopyridine. Ils l’ont bombardée avec des impulsions ultracourtes et intenses de rayons X dans l’installation XFEL. Ce laser à électrons libres à rayons X est situé près de Hambourg.

L’énergie délivrée a arraché des électrons à la molécule, créant une charge forte. Les différentes parties de la molécule se sont alors repoussées. Cela a entraîné une fragmentation rapide.

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En étudiant les trajectoires et orientations de ces fragments, les chercheurs ont reconstitué la forme. Ils ont aussi mis en évidence le mouvement interne de la molécule au moment exact de sa rupture.

COLTRIMS : la technologie de pointe pour révéler l’invisible

Pour suivre cette désintégration dans ses moindres détails, les scientifiques ont employé le système COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Cet appareil suit plusieurs particules chargées simultanément avec une précision extrême. Cette précision est mesurée en femtosecondes (un millionième de milliardième de seconde).

Ces mesures ont permis de créer une image tridimensionnelle de la molécule. Contre toute attente, les fragments ne se dispersaient pas de façon aléatoire. Ils suivaient un schéma cohérent. Cela a révélé un mouvement structuré et coordonné, très différent des simples vibrations thermiques observées à des températures plus élevées.

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Ce que ces vibrations quantiques nous apprennent sur la matière

Contrairement aux mouvements thermiques, les vibrations enregistrées proviennent de la mécanique quantique. Il s’agit d’un mouvement quantique cohérent, une vibration subtile mais rigoureusement organisée à l’échelle atomique.

« Ce tremblement n’est pas un chaos, mais un ballet orchestré à l’échelle de l’atome », explique Markus Ilchen, auteur principal de l’étude. Seules les simulations intégrant des effets quantiques ont pu reproduire les résultats expérimentaux avec précision.

Cette avancée ouvre des perspectives fascinantes. Elle nous rapproche d’une meilleure compréhension du comportement fondamental de la matière. À terme, cela pourrait aider à concevoir de nouveaux matériaux. Elle pourrait aussi faire progresser l’informatique quantique.

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Selon Stefan Pabst, chercheur en modélisation, « voir les effets de la mécanique quantique aussi clairement est essentiel pour faire avancer la science ». Grâce à des outils aussi puissants que COLTRIMS, la science moderne continue de dévoiler les secrets les mieux gardés de l’Univers.