Comment les frisbees moléculaires pourraient encourager la prolifération nucléaire

Quiconque a joué avec un frisbee aura une idée intuitive de la façon dont l'angle sous lequel vous le lancez détermine le chemin qu'il emprunte.

Cependant, à mesure que les frisbees deviennent plus petits, la physique change. À petite échelle, l'air s'épaissit comme du sirop et l'inertie commence à jouer un rôle bien moindre. Il est donc facile de penser qu'il existe une limite fondamentale à la taille d'un frisbee.

Pas tout à fait, disent Johannes Floss et ses amis du Weizmann Institute of Science en Israël. Il est en fait assez simple de contrôler la trajectoire d'une molécule en rotation, tout comme un frisbee.

Ces dernières années, un certain nombre de techniques ont vu le jour pour placer des molécules dans un gaz en rotation avec leurs axes alignés avec précision, comme un réseau tridimensionnel de sommets flottants. Ces techniques zappent toutes les molécules avec une impulsion laser soigneusement préparée pour les faire tourner d'une certaine manière.

Mais comment transformer ces toupies en frisbees ? Après tout, le mouvement des frisbees est essentiellement le résultat de l'interaction entre le corps en rotation et l'air, mais l'aérodynamique ne peut pas jouer un rôle au niveau moléculaire.

La réponse, selon Floss and co, consiste à tirer les molécules en rotation à travers un champ électrique produit par un autre laser. À condition que le champ ait un certain gradient d'intensité, il jouera un rôle analogue à l'air dans le vol de frisbee. Lorsque cela se produit, l'inclinaison des molécules en rotation déterminera la trajectoire qu'elles empruntent.

Comme le soulignent Floss et ses collègues : une technique similaire est utilisée par les joueurs de frisbee pour affiner l'inclinaison du disque en rotation pour le diriger vers une paire de mains en attente.

Cette technique de frisbee donne un contrôle remarquable sur le chemin emprunté par les molécules. La trajectoire dépend de facteurs tels que la force du champ, l'inclinaison de la rotation et la masse de la molécule.

Cela a des implications importantes pour un certain nombre de techniques émergentes, en particulier dans les domaines où l'ionisation ne peut pas être utilisée. Par exemple, la nanofabrication moléculaire dans laquelle de minuscules structures sont construites presque brique par brique doit utiliser des molécules neutres car l'accumulation de charge pourrait déformer la forme ou même empêcher complètement la construction.

Mais l'application la plus importante, du moins à court terme, sera peut-être la séparation isotopique. La trajectoire dépendant de la masse de la molécule, la technique séparera naturellement des molécules contenant des isotopes différents.

Les scientifiques nucléaires voudront étudier le potentiel de cette technique pour séparer l'uranium 235 plus fissile de l'uranium 238. Ces dernières années, les physiciens ont fait de grands progrès dans la séparation de ces isotopes en utilisant des lasers pour ioniser sélectivement un isotope tout en laissant l'autre neutre, ce qui leur permet de être séparés à l'aide d'un champ électrique.

Les techniques de séparation conventionnelles reposent sur des centrifugeuses géantes qui sont difficiles et coûteuses à construire et constituent ainsi une barrière technologique importante qui empêche les pays ayant des aspirations nucléaires de fabriquer leur propre uranium hautement enrichi.

Mais on craint de plus en plus que l'enrichissement au laser ne facilite grandement ce processus. Et maintenant, il existe une nouvelle technique qui pourrait rendre la séparation des isotopes encore plus facile.

Cela permet de prédire facilement que les frisbees moléculaires deviendront le centre d'un intérêt intense dans les prochaines années. Mais combien nous entendrons parler de ces développements futurs est beaucoup plus difficile à dire.

Réf : arxiv.org/abs/1010.0887 : Frisbee moléculaire : mouvement de molécules en rotation dans des champs non homogènes

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