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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Une nouvelle interprétation des spectres de diffusion des neutrons

Envoyer un flux de neutrons thermiques sur une molécule  permet de sonder sa dynamique  à l’échelle atomique. Cette technique, bien connue, révèle autant les mouvements des atomes d’une molécule que l’amplitude de ces mouvements. L'interprétation des spectres qui en résulte est encore balbutiante mais un chercheur du Centre de Biophysique Moléculaire (CNRS), à Orléans, vient de publier une nouvelle interprétation probabiliste de ces spectres. Il y établit un lien entre cette description quantique et la description habituelle des spectres dans le cadre de la physique classique, qui traduit des positions dans le temps et l’espace.

 

Lorsqu'un neutron est envoyé sur une molécule, il transmet une quantité de mouvement à l'atome qu'il rencontre. Comme un boulier de Newton, l'ensemble de la molécule est alors parcouru d'un "saut" d'énergie cinétique qui déclenche des transitions entre les niveaux d'énergie de chaque atome de la molécule. L’observation de cette réaction en chaîne reflète la dynamique interne d’une molécule. Rien de plus simple si seulement la manipulation ne se situait pas à l'échelle de la physique quantique, un monde où l'exactitude fait place à la probabilité. Le résultat du choc est donc matérialisé sur un vaste spectre de transitions d’énergie, dont les probabilités dépendent de la quantité du mouvement qui est transmise du neutron à l’atome rencontré. À l'échelle d'une molécule, ce spectre est un véritable "paysage d'énergie" comportant des centaines de pics lorsque l’on observe une macromolécule. Une multitude qui retranscrit la nature quantique du système observé mais qui rends l’analyse pour le moins complexe.

Les travaux du professeur Gerald Kneller permettent d'établir un lien entre ce "paysage d'énergie", quantique et probabiliste, et la théorie standard de la diffusion de neutrons, qui est basée sur le concept de trajectoires atomiques classiques et qui néglige totalement l’effet de l’impact des neutrons sur la dynamique des atomes rencontrés. Elle montre en particulier comment le concept de trajectoires doit être généralisé dans le cadre quantique de la diffusion de neutrons, afin de mieux comprendre les spectres mesurés de molécules complexes. « D’une certaine façon, c’est la formalisation de l’image de « paysage d’énergies » qui avait été imaginé par le pionnier de la physique des protéines, Hans Frauenfelder », insiste l’auteur de l’étude.

 

 

Référence

Gerald R. Kneller
Franck-Condon picture of incoherent neutron scattering
PNASSeptembre 2018

DOI: 10.1073/pnas.1718720115

 

Contacts chercheurs

Gerald R. Kneller, CBM UPR 4301
Courriel :gerald.kneller@cnrs-orleans.fr
T 02 38 25 78 42

 

Contacts institut

Sophie Félix, Stéphanie Younès, INC Communication

 

15 octobre 2018

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