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Le spectre d'une substance, c'est sa carte d'identité. D'habitude, pour l'obtenir, on place l'échantillon dans un champ magnétique intense, comme dans un IRM. Mais il existe un moyen de s'en passer complètement : enregistrer le signal des noyaux atomiques à champ nul. Jusqu'ici, cette méthode souffrait d'une faible sensibilité et ses spectres complexes étaient difficiles à prédire.

Les auteurs de ces travaux ont pris des liquides ordinaires – ceux qui traînent sur les étagères du labo – et ont enregistré pour la première fois leurs spectres à champ nul en utilisant le carbone-13 à son abondance naturelle (seulement 1,1% de tous les atomes de carbone). Aucune préparation spéciale de l'échantillon ni amplification coûteuse du signal n'a été nécessaire. L'instrument – un magnétomètre compact à vapeur de rubidium – s'est montré si sensible qu'il a même distingué des molécules contenant deux atomes de carbone-13 rares, présentes à seulement 0,0121% dans l'échantillon. Les raies du spectre étaient fines (moins de 250 millihertz) et l'appareil a fonctionné de manière stable pendant plus d'une semaine.

En parallèle, les scientifiques ont appris à prédire ces spectres grâce à des calculs de chimie quantique qui tiennent compte des vibrations moléculaires. La précision de la prédiction est de quelques hertz. La comparaison entre calcul et expérience s'est avérée utile en soi : les écarts ont montré où la molécule forme des liaisons hydrogène, comment elle s'hydrate dans l'eau ou forme des paires d'ions dans une solution saline concentrée.

Cette approche ouvre la voie à une analyse des substances peu coûteuse et flexible : on peut sonder l'intérieur de conteneurs métalliques, sans avoir besoin d'un encombrant aimant supraconducteur. Et les calculs aident non seulement à identifier la molécule, mais aussi à comprendre avec qui elle interagit en solution.