Chiralité - Définition

Introduction

La chiralité (du grec ch[e]ir : main) est une importante propriété d’asymétrie dans diverses branches de la science.

Un objet ou un système est appelé chiral s’il constitue l’image miroir d’un autre objet ou système avec lequel il ne se confond pas. De tels objets se présentent alors sous deux formes, qui sont l’image miroir l’une de l'autre, et ces paires d’images miroirs sont appelées énantiomorphes (du grec formes opposées) ou, en se référant à des molécules, des énantiomères.

Un objet non chiral est dit achiral. Il est isomorphe à son miroir avec lequel il partage les mêmes propriétés géométriques, c’est-à-dire qu’il existe un isomorphisme de l’espace dans lequel il est défini, qui transforme l'objet en lui-même.

En règle générale, les objets chiraux sont infiniment plus nombreux que les objets achiraux qui constituent des cas particuliers, souvent isolés et énumérables selon les symétries qui les définissent, mais on peut les classer en un nombre fini de classes. Dans l’espace euclidien tridimensionnel, les objets géométriques finis se répartissent alors en :

• objets chiraux dextrogyres, qui sont les images miroirs d’objets chiraux lévogyres dans une transformation isométrique ; par exemple une main droite.
• objets chiraux lévogyres, qui sont les images miroirs d’objets chiraux dextrogyres dans une transformation isométrique ; par exemple une main gauche.
• objets achiraux (parfois aussi appelés ambidextres), qui sont les images miroirs d’eux-mêmes dans une transformation isométrique ; par exemple la plupart des chaussettes uniformes jamais portées.

Chiralité en chimie

En chimie, un composé chimique est chiral s'il n'est pas superposable à son image dans un miroir. Si une molécule est chirale, elle possède deux formes énantiomères : une lévogyre (« qui tourne à gauche », en latin laevus : gauche) et une dextrogyre (« qui tourne à droite », en latin dextro : droite) qui font tourner un rayonnement polarisé de manière opposée.

Chiralité en physique

En physique

Un champ vectoriel a la symétrie miroir : Exemple : le champ électrique produit par un « électron miroir » est l'image dans le miroir du champ produit par l'électron. En revanche le champ magnétique produit par le mouvement de l'« électron miroir » est inversé : le champ magnétique Bm derrière le miroir s'obtient en prenant l'antisymétrique du champ B devant le miroir. Cela provient de la définition du champ magnétique par un produit vectoriel ; le produit vectoriel n'est pas un vecteur, mais un tenseur antisymétrique qui ne comporte que trois composantes non nulles dans un espace à trois dimensions et qui peut donc être représenté par trois composantes : un pseudo-vecteur.

En physique des particules

Les lois fondamentales de la physique doivent être chirales, sauf l'interaction faible qui n'est pas invariante dans la symétrie miroir sauf à remplacer les particules par leurs antiparticules ; la désintégration du kaon semble ne pas vérifier cette symétrie.

La chiralité est importante en physique des particules du fait que l'univers est asymétrique pour les spins.

Or jusqu'à présent, les neutrinos détectés ont une hélicité Left (valeur de spin projeté sur la direction du mouvement = -1/2 < 0 ) et les antineutrinos une hélicité Right (valeur de spin projeté sur la direction du mouvement = +1/2 > 0) ; on peut comprendre cette rupture de la parité (invariance pour l'inversion du système de coordonnées spatiales) par le fait que le neutrino a une masse quasiment nulle (donc un comportement cinématique proche de celui de la lumière dans les laboratoires) et n'interagit que par la force faible.