Une pincée de sel tombe dans l'eau, et les ions sodium et chlore se dispersent, entourés de molécules d'eau. Maintenant, au lieu d'un ion, c'est un positron qui se retrouve dans la compagnie moléculaire — une antiparticule, jumelle de l'électron, mais avec un plus au lieu d'un moins. Dans une nouvelle étude, des physiciens ont calculé comment un tel « invité » s'accroche aux molécules cycliques à cinq atomes — celles où l'azote, l'oxygène, le soufre ou un groupe NH siègent dans le cycle.
Le calcul a été mené au niveau de plusieurs corps : le positron ne se contente pas de ressentir la charge des noyaux. Il perturbe tout le nuage électronique, comme un caillou — la surface d'un étang. Autour de lui, une charge négative se condense un instant, et parfois même naît un positronium virtuel — une paire liée électron-positron qui n'existe qu'un bref instant. Tout cela est pris en compte dans les équations résolues à l'aide du programme EXCITON+. Celui-ci décompose les ondes des particules en orbitales gaussiennes — des « lentilles » mathématiques qui focalisent le calcul.
Qu'a-t-on découvert ? Le positron n'est pas réparti uniformément sur le cycle, mais se colle à un ou deux atomes, comme un voyageur qui choisit sa place près du feu. L'azote est pour lui l'endroit le plus chaleureux, suivi du soufre, de l'oxygène et du groupe NH. De plus, ce ne sont pas seulement les atomes eux-mêmes qui comptent, mais aussi la façon dont les doubles liaisons alternent dans le cycle — leurs nuages électroniques attirent également le positron. Ces préférences ont pu être décomposées en contributions de chaque orbitale moléculaire, comme si l'on évaluait quelle corde de l'orchestre sonne le plus fort pour notre auditeur.
Un tel portrait détaillé de la liaison du positron n'est pas qu'un intérêt académique. Comprendre comment les antiparticules s'accrochent aux molécules sera utile en tomographie par émission de positons (TEP), où les éclairs d'annihilation dessinent une carte du corps. Et aussi dans la création de nouveaux matériaux, où le positron peut servir de sonde, révélant les défauts du réseau cristallin, comme une lampe de poche — les fissures dans un mur.
Un positron, en s'accrochant à une molécule, peut modifier sa forme plus fortement qu'un électron supplémentaire, car sa charge positive attire le nuage électronique vers lui, comme un aimant — la limaille de fer.