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Posté par Redbran le Jeudi 21/09/2017 à 12:00
Born-Oppenheimer ne relève plus de l'approximation
L'une des approximations majeures en mécanique quantique est connue comme l'approximation de Born-Oppenheimer, qui suppose que le mouvement des noyaux dans les molécules peut être séparé de celui des électrons environnants. Mais l'inertie des électrons, qui modifie la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) effective, est complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique...) négligée. Une équipe du Laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/UPMC) en collaboration avec le Max Planck Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) für Mikrostrukturphysik de Halle a développé une technique pour prendre en compte l'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement...) des électrons induite par le mouvement des noyaux. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review X.


En mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination...), les chercheurs doivent souvent se tourner vers des approximations mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les...) pour décrire le fonctionnement interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) et des molécules, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de comprendre le plus finement possible la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) et ses interactions. L'une des approximations majeures est connue comme l'approximation de Born-Oppenheimer (L'approximation de Born-Oppenheimer, également connue sous le nom d'approximation adiabatique, est une technique utilisée en chimie quantique.), qui suppose que le mouvement des noyaux dans les molécules peut être séparé de celui des électrons environnants. En faisant cette hypothèse, il faut assigner une masse au noyau, qui est, dans cette approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien qu'une approximation soit le...), la masse nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) "nue". Mais l'inertie des électrons, qui modifie la masse effective, est complètement négligée, ce qui se traduit par des problèmes fondamentaux et pratiques lorsque des prédictions théoriques sont nécessaires pour répondre à la précision expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...).

Une équipe du laboratoire PASTEUR, en collaboration avec le Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik de Halle, a développé une technique pour prendre en compte les effets de la vitesse (On distingue :) des noyaux sur la structure électronique. Ces corrections à la structure électronique, corrections de type non-adiabatiques, décrivent l'inertie des électrons induite par le mouvement des noyaux. Cette nouvelle approche théorique résout cette incohérence de quatre-vingts ans dans l'approximation de Born-Oppenheimer.

Leur méthodologie conduit à un schéma numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition...) assez efficace pour fournir les premières prédictions des corrections non-adiabatiques aux fréquences vibratoires au-delà des molécules diatomiques et triatomiques. Ceci ouvre la voie à des calculs de spectres vibrationnels d'une précision inégalée pour des applications en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) par exemple.

Cette nouvelle approche ouvre des perspectives comme connaître les courants électroniques induits par les mouvements nucléaires. Etudier ces courants au cours d'une réaction chimique peut permettre de mieux comprendre les mécanismes réactionnels comme lors de réactions péricycliques où les descriptions traditionnelles mécanistiques restent à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) ambigües.

Référence publication:
Arne Scherrer, Federica Agostini, Daniel Sebastiani, E. K. U. Gross & Rodolphe Vuilleumier
On the Mass of Atoms in Molecules: Beyond the Born-Oppenheimer Approximation
PHYSICAL REVIEW X 25 août 2017
DOI: 10.1103/PhysRevX.7.031035

Contacts chercheurs:
- Rodolphe Vuilleumier, Laboratoire PASTEUR - Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre...)
- Federica Agostini, Laboratoire de chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses...) - Orsay

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Source: CNRS-INC