L'assorbimento di energia luminosa da parte di grandi molecole è ciò che guida la natura:fotosintesi, visione, la sintesi della vitamina D e molti altri processi critici utilizzano l'energia della luce per svolgere le loro funzioni.

Anche l'assorbimento della luce può avere effetti negativi:la sovraesposizione alla luce solare danneggia il DNA e può causare melanoma. La natura ha sviluppato modi per aggirare tali effetti. Per esempio, la protezione della pelle si ottiene incanalando in modo efficiente l'energia assorbita dal DNA al suo stato iniziale (o fondamentale), in cui si trovava prima dell'assorbimento della luce.

Questo processo di flusso di energia, che si svolge in scale temporali ultrabrevi da decine a centinaia di femtosecondi (1 fsec =10 ^-15 secondi), è universale per tutte le molecole poliatomiche. Perciò, identificare i percorsi del flusso di energia è cruciale non solo per comprendere la Natura, ma anche per una vasta gamma di applicazioni.

Il flusso di energia procede attraverso imbuti detti "intersezioni coniche". Questi sono punti del panorama energetico della molecola in cui si incrociano diversi livelli di energia elettronica. Il concetto di intersezioni coniche è universalmente utilizzato per spiegare il flusso di energia nelle molecole poliatomiche. Ancora, non sono mai stati osservati! Sono state proposte diverse strategie per rilevarli, ma al momento, nessuno sembra sperimentalmente fattibile.

Un team di scienziati del laboratorio di Majed Chergui all'EPFL all'interno del Centro per la scienza ultraveloce di Losanna, il laboratorio di Albert Stolow (Università di Ottawa), e il laboratorio di Michael Schuurman (NRC-Ottawa) hanno ora ideato un approccio univoco per rilevare le intersezioni coniche nelle molecole poliatomiche. L'approccio utilizza la spettroscopia a raggi X risolta nel tempo (pioniera del gruppo di Majed Chergui) che è in grado di rilevare i cambiamenti della struttura elettronica con selettività degli elementi, mentre l'energia scorre attraverso l'intersezione conica.

Gli scienziati hanno effettuato simulazioni al computer del flusso di energia attraverso la molecola di etilene, un modello per un'ampia classe di molecole di interesse biologico. Le simulazioni hanno rivelato un'impronta digitale chiara e univoca del passaggio attraverso le intersezioni coniche mediante un cambiamento di carica agli atomi di carbonio.

"Identificare le intersezioni coniche è qualcosa che fotobiologi e fotochimici hanno sognato a lungo e apre nuove intuizioni per entusiasmanti sviluppi futuri", afferma Majed Chergui.