Dans les classes de chimie, on apprend que les liaisons triples ont une liaison sigma forte et deux liaisons pi plus faibles. Cependant, dans les éléments les plus lourds du tableau périodique, les électrons se déplacent si vite qu'ils ne suivent pas ces règles. Pour la première fois, une équipe de l'Université Brown et de l'Université d'État de Washington a trouvé des preuves expérimentales que les forces relativistes changent la nature des liaisons chimiques. Cette découverte confirme une idée scientifique qui existait depuis les années 1970.
L'étude se concentre sur le bismuth, un élément dense. Comme le noyau du bismuth est très grand, il attire fortement ses électrons internes. Ces électrons doivent tourner à des vitesses proches de celle de la lumière. À ces vitesses extrêmes, les règles de la relativité spéciale d'Albert Einstein s'appliquent. Lai-Sheng Wang, professeur de chimie à l'Université Brown, explique que l'on savait depuis les années 1970 que la relativité était importante pour les éléments lourds, mais que cette étude montre directement que les règles apprises au lycée sur les liaisons chimiques ne sont pas vraies pour ces éléments.
Pour observer ce phénomène, les scientifiques ont étudié une molécule composée d'un atome de carbone et d'un atome de bismuth. Ils ont refroidi les échantillons à des températures très basses pour minimiser les mouvements. En utilisant la spectroscopie photoélectronique, ils ont mesuré la force des liaisons. Ils ont découvert que les vitesses élevées des électrons provoquaient un phénomène quantique qui mélangeait les différents types de liaisons. Au lieu de la structure classique, la liaison carbone-bismuth était différente. "La frontière entre une liaison sigma et une liaison pi est maintenant un peu floue", a dit Wang. Kirk Peterson, un chimiste de l'Université d'État de Washington, a confirmé ces résultats par des calculs complexes. Il a noté que les effets relativistes détruisent la symétrie traditionnelle de la molécule. Cette découverte, financée par des agences américaines, pourrait avoir des applications, par exemple en remplaçant le plomb dans les panneaux solaires.