Absorptie van lichtenergie door grote moleculen is wat de natuur drijft:fotosynthese, visie, de synthese van vitamine D en vele andere kritische processen gebruiken lichtenergie om hun functies uit te voeren.

Absorptie van licht kan ook negatieve effecten hebben:overmatige blootstelling aan zonlicht beschadigt DNA en kan melanoom veroorzaken. De natuur heeft manieren ontwikkeld om dergelijke effecten te omzeilen. Bijvoorbeeld, het beschermen van de huid wordt bereikt door de energie die door het DNA wordt geabsorbeerd, efficiënt terug te leiden naar de oorspronkelijke (of grond) toestand, waarin het was vóór absorptie van licht.

Dit proces van energiestroom, die plaatsvinden binnen ultrakorte tijdschalen van tientallen tot honderden femtoseconden (1 fsec =10 ^-15 seconden), is universeel voor alle polyatomaire moleculen. Daarom, het identificeren van de paden van energiestroom is niet alleen cruciaal voor het begrijpen van de natuur, maar ook voor een groot aantal toepassingen.

De energiestroom gaat door trechters die "conische kruispunten" worden genoemd. Dit zijn punten in het energielandschap van het molecuul waar verschillende elektronische energieniveaus elkaar kruisen. Het concept van conische snijpunten wordt universeel gebruikt om de energiestroom in polyatomaire moleculen te verklaren. Nog, ze zijn nooit waargenomen! Er werden verschillende strategieën voorgesteld om ze op te sporen, maar op dit moment, geen enkele lijkt experimenteel haalbaar.

Een team van wetenschappers van het lab van Majed Chergui bij EPFL binnen het Lausanne Center for Ultrafast Science, het lab van Albert Stolow (Universiteit van Ottawa), en het lab van Michael Schuurman (NRC-Ottawa) hebben nu een eenduidige aanpak bedacht om conische snijpunten in polyatomaire moleculen te detecteren. De aanpak maakt gebruik van in de tijd opgeloste röntgenspectroscopie (gepionierd door de groep van Majed Chergui) die in staat is om elektronische structuurveranderingen te detecteren met elementselectiviteit, als de energie door het kegelvormige snijpunt stroomt.

De wetenschappers voerden computersimulaties uit van de energiestroom door het ethyleenmolecuul, een model voor een brede klasse van moleculen van biologisch belang. De simulaties onthulden een duidelijke en ondubbelzinnige vingerafdruk van de passage door de conische snijpunten door een verandering van lading bij de koolstofatomen.

"Het identificeren van kegelvormige kruispunten is iets waar fotobiologen en fotochemici al lang van dromen en het opent nieuwe inzichten voor opwindende toekomstige ontwikkelingen", zegt Majed Chergui.