Lorsque les molécules ne tournent pas rond

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Israël | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
13 avril 2017

Dans de nombreux cas, le mouvement des objets et leur réaction à une collision dépend grandement de leurs formes. Les chercheurs de l’équipe de Prof. Edvardas Narevicius à l’Institut Weizmann ont étudié le pendant quantique en se focalisant sur le résultat de la collision entre plusieurs molécules à très basse température.

La grande différence entre la collision entre molécules et atomes tient grandement au fait que l’atome peut dans la plupart des cas être assimilé à une sphère tandis qu’une molécule est assimilée a une forme plus oblongue. Les lois de la mécanique quantique viennent compliquer un peu plus le scénario. Dans le cas présent, le résultat de l’expérience dépendra non selon de la forme, mais également de l’état quantique rotationnel initial des atomes ou molécules. De plus, contrairement au cas classique, le résultat de l’expérience sera une distribution de probabilités de l’issue d’une collision et non pas un résultat déterministe.

Les chercheurs, dans la continuité d’un travail précédent, ont réussi à trouver une zone de température où le nombre d’événements collisionnels est accru, donnant accès à une mesure de cette densité de probabilité avec une bonne résolution. Ils ont étudié dans ce cas précis la collision de molécules de dihydrogène comparée à celle d’atomes d’hélium à très basse température. Dans la gamme allant de la température ambiante à ‐272 degrés, le résultat de l’expérience était similaire si la molécule était dans un état rotationnel excité ou non. En d’autres termes, les bâtonnets de H2 observaient des collisions similaires à des sphères. En revanche, lorsque la température était proche du zéro absolu (‐273.15 degrés), une grande différence apparaît entre les deux. Les molécules placées initialement dans un état rotationnel de basse énergie se comportent toujours comme des sphères tandis que les molécules dans l’état excitée possèdent les caractéristiques collisionnelles typiques de bâtonnets, en accord avec un modèle théorique développé dans le papier.

Cette recherche ouvre la voie vers une compréhension plus profonde des processus de réactions chimiques qui sont essentiellement dus aux collisions entre molécules. Les chercheurs de cette équipe visent dorénavant à étudier les mêmes processus de collision mais lorsqu’un grand nombre de particules s’entrechoquent et interagissent à distance entre elle.

Rédacteur : Fabien Lafont, post-doctorant à l’Institut Weizmann

Sources :

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