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Des chercheurs ont donné naissance à un « trou noir moléculaire »

Crédits : DESY/Science Communication Lab

Dans la revue Nature, des chercheurs assurent qu’en concentrant toute sa puissance sur une pauvre molécule, le laser à rayons X le plus puissant dans le monde vient de créer un trou noir moléculaire. C’est une sorte de version micro des objets les plus massifs de l’Univers qui dévorent tout ce qui gravite un peu trop près.

Prenez toute la lumière du soleil qui frappe notre planète à un moment donné pour ensuite la concentrer sur un (malheureux) morceau de Terre de la taille d’une vignette. Multipliez alors toute cette énergie par cent et vous avez maintenant une petite idée de la capacité de puissance générée par le laser à rayons X le plus puissant du monde. Il y a quelques semaines, Sébastien Boutet et son équipe, du Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford qui se concentre sur la physique théorique et expérimentale des particules, ont concentré l’intensité totale de ce laser sur une seule et unique molécule, donnant lieu à un phénomène jamais observé auparavant : un « trou noir » moléculaire.

Au centre de chaque galaxie ou presque se trouve un trou noir qui dévore tout sur son passage, aspirant la matière par son attraction gravitationnelle extrême. Imaginez donc le phénomène à l’échelle moléculaire. Pulvériser des molécules sans méfiance avec des faisceaux laser n’est rien de nouveau en physique des particules. Dans des expériences passées, des physiciens ont utilisé des lasers à plus faible intensité pour exploser de petites molécules d’iodométhane et éliminer les électrons entourant leur unique atome d’iode. Mais augmentez le volume d’intensité et vous obtiendrez un tout nouveau phénomène. Sur des molécules similaires, l’expérience a donné lieu à un « vide affamé » qui a littéralement « tiré » les électrons comme un trou noir microscopique avant de faire les faire exploser.

Ce fut rapide, très rapide. Tout était fini en moins de trente femtosecondes, soit un millionième d’un milliardième de seconde, le temps nécessaire à la molécule pour se faire dépouiller de cinquante électrons. L’équipe a d’abord expérimenté la chose avec des atomes simples au xénon en utilisant des miroirs spéciaux pour focaliser le faisceau de rayons X dans une zone d’un peu plus de cent nanomètres de diamètre (mille fois plus petite que la largeur des cheveux humains). L’explosion de rayons X a dépouillé les atomes de xénon de leurs électrons, créant ce qu’on appelle un « atome creux ». Les électrons des parties extérieures de l’atome ont alors tout de suite commencé à tomber en cascade pour remplir ce vide.

Ce premier comportement rappelle ce que les chercheurs avaient déjà observé dans des expériences antérieures en utilisant des rayons laser à faible énergie. Mais les choses se sont un peu plus « corsées » lorsqu’ils ont observé ce qui est arrivé aux atomes d’iode dans des molécules d’iodométhane plus grandes. Dépouillé de ses électrons, l’atome d’iode a commencé à déchirer des électrons à partir de ses atomes de carbone et d’hydrogène voisins en les tirant comme un trou noir, engloutissant la matière qui s’aventurait trop près de son horizon d’événement.

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