Le laser à rayons X LCLS a permis aux physiciens de «catapulter» presque tous les électrons d'un seul atome dans une molécule et de le transformer temporairement en un analogue miniature d'un trou noir qui attire les électrons vers lui-même avec la force de son homologue cosmique, selon un article publié dans la revue Nature.
© RIA Novosti / Alina Polyanina // DESY / Science Communication Lab
«La force avec laquelle les électrons étaient attirés vers l'atome d'iode dans ce cas était bien supérieure à celle qui serait générée, par exemple, par un trou noir d'une masse de dix soleils. En principe, le champ gravitationnel de tout trou noir de masse stellaire est incapable d'agir sur un électron de manière comparable, même s'il est très proche de l'horizon des événements », explique Robin Santra du centre allemand de synchrotron DESY.
Santra et ses collègues ont créé un trou noir miniature similaire en focalisant le faisceau entier du laser à rayons X LCLS, actuellement l'installation la plus puissante du genre au monde, à un point de seulement 100 nanomètres de large. Ceci est approximativement égal à la longueur d'une grosse molécule organique et plusieurs centaines de fois moins que la largeur du faisceau habituellement utilisée dans les expériences avec de tels émetteurs.
Grâce à cela, la puissance du faisceau laser a atteint dix milliards de gigawatts par centimètre carré, se rapprochant du point où les effets ultrarelativistes commencent à se manifester et la lumière commence à se transformer spontanément en matière et en antimatière.
La collision d'une telle impulsion avec des atomes uniques de xénon et d'iode, comme le montrent les premières expériences des physiciens, conduit au fait qu'ils perdent pratiquement tous leurs électrons et acquièrent un état d'oxydation incroyablement élevé - +48 ou +47, résultant en une charge positive record.
Les scientifiques ont décidé de tester comment cette charge peut affecter le comportement d'autres molécules et atomes en combinant l'iode avec des molécules de méthane et d'éthane qui sont «transparentes» aux rayons X et ne répondent pas à ces rayons.
Les résultats de ces expériences se sont avérés fantastiques - l'irradiation de ces molécules avec un laser pendant seulement 30 nanosecondes a conduit au fait que les atomes d'iode se sont transformés en une sorte de trous noirs électriques pendant quelques instants après avoir été percés par le faisceau de rayons X.
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Ces atomes, contrairement aux attentes des scientifiques, ont perdu beaucoup plus d'électrons - pas 46 ou 47, mais 53 ou 54 particules. Le processus ne s'est pas arrêté là, et les atomes d'iode, comme les trous noirs supermassifs, ont commencé à tirer sur eux-mêmes les électrons d'autres parties de la molécule, à les accélérer et à les «cracher» sous la forme de faisceaux similaires aux émissions de leurs «cousins» cosmiques.
En conséquence, toute la molécule d'iodométhane s'est presque instantanément désintégrée, ne vivant qu'un billionième de seconde après le début du feu laser. Quelque chose de similaire, comme le pensent les scientifiques, peut se produire lorsque des organismes vivants entrent en contact avec des rayons X, et l'étude de ce processus nous aidera à comprendre comment réduire ou neutraliser les dommages causés par les rayonnements.
«L'iodométhane est une molécule relativement simple qui nous aide à comprendre ce qui arrive aux molécules organiques lorsqu'elles sont endommagées par les radiations. Nous pensons que cette réaction se déroule encore plus violemment dans l'iodoéthane et d'autres molécules complexes, où l'iode peut éjecter jusqu'à 60 électrons, mais nous ne savons pas encore comment elle peut être décrite. Résoudre ce problème est notre prochain objectif », conclut Artem Rudenko de l'Université du Kansas (États-Unis), le premier auteur de l'article.