Vous vous fâchez pour rien? Eh bien, vous n'êtes pas ridicule: certains atomes peuvent former de véritables liaisons avec «rien».
Alors qu'une liaison chimique typique nécessite deux entités, il existe un type d'atome qui peut être capable de se lier à des atomes "fantômes" ou à ceux qui n'existent pas, selon un nouvel article publié le 12 septembre dans la revue Physical Review Letters.
Tout comme les planètes de notre système solaire tournent autour du soleil, les électrons tournent autour du noyau d'un atome. Plus leur orbite est éloignée, plus l'énergie de l'électron est élevée. Mais avec un regain d'énergie, les électrons peuvent souvent sauter sur des orbites - et certains vont jusqu'à la distance.
Les atomes de Rydberg ont un électron qui saute sur une orbite éloignée, loin du noyau. "Fondamentalement, tout atome du tableau périodique peut devenir un atome de Rydberg", a déclaré à Live Science Chris Greene, éminent professeur de physique et d'astronomie à l'Université Purdue. Il suffit de faire briller un laser sur un atome, en donnant à ses électrons un peu d'énergie.
Les atomes de Rydberg "sont inhabituels d'un point de vue chimique", a déclaré Greene. En effet, un électron excité qui a sauté très loin du noyau de l'atome peut entrer en collision encore et encore avec un électron dans un atome à l'état fondamental proche - ou un électron où tous ses électrons sont dans l'état d'énergie le plus bas possible. Chaque fois qu'il entre en collision, il attire petit à petit l'atome de l'état fondamental, le piégeant éventuellement dans ce qu'on appelle la liaison trilobite.
"Cette toute petite interaction avec un atome distant" peut interagir avec l'atome de Rydberg de telle sorte que la molécule résultante ressemble à un fossile d'arthropodes éteints appelés trilobites, a déclaré Greene.
Les molécules de trilobite devaient initialement exister en 2000 et être observées expérimentalement 15 ans plus tard. Mais maintenant, Greene et son équipe prédisent qu'il existe un moyen de "tromper" l'atome de Rydberg pour former un lien avec, eh bien, rien.
Tout ce qu'ils devaient faire était de faire un peu de sculpture.
Dans une expérience purement théorique, l'équipe a utilisé un algorithme informatique pour déterminer une séquence d'impulsions électriques et magnétiques qu'ils pourraient appliquer à un atome d'hydrogène de Rydberg, en la façonnant de manière à former la liaison trilobite.
Au cours de chaque impulsion électrique, l'orbitale électronique de l'atome d'hydrogène de Rydberg peut être étirée; et pendant chaque impulsion magnétique, elle peut être tordue d'une toute petite quantité, a expliqué Greene.
"De façon assez surprenante, dans les étapes intermédiaires avant que l'impulsion finale ne soit appliquée à l'atome, l'état de l'électron de liaison ne ressemble pas du tout au trilobite", a déclaré Greene. "Il ne devient net que dans l'état souhaité à la fin de l'impulsion finale."
Leurs calculs ont montré que, comme une araignée tirant sa toile dans un espace vide, il est possible qu'un atome de Rydberg forme une liaison trilobite avec un atome "fantôme".
"L'électron se comporte exactement comme s'il était lié à un atome, mais il n'y a pas d'atome auquel se lier", a déclaré Greene. Et il le fait de manière très directionnelle, ce qui signifie qu'il pointe vers un endroit presque exact dans l'espace où il se serait lié à un atome à l'état fondamental. Ce lien à rien, selon eux, devrait rester pendant au moins 200 microsecondes.
"Nous sommes assez confiants", que cela serait vrai s'ils essayaient expérimentalement, a déclaré Greene. Mais pour que cela se vérifie expérimentalement, les chercheurs devront trouver comment synchroniser les impulsions et bloquer les champs externes, qui pourraient être de grands obstacles à éliminer, selon l'American Physical Society.
Greene espère découvrir s'il existe d'autres façons de "tromper" les électrons pour créer des liaisons avec rien, par exemple en appliquant des micro-ondes ou des impulsions laser rapides. Il soupçonne que ces atomes, liés à absolument rien, pourraient se comporter différemment s'ils étaient invités à subir des réactions chimiques.
