Eksistens af en ny kvasipartikel påvist

Hvordan roterer molekyler i et opløsningsmiddel? Besvarelsen af ​​dette spørgsmål er kompliceret, da molekylær rotation forstyrres af et meget stort antal omgivende atomer. I lang tid, store computersimuleringer har været hovedmetoden til model af molekyle-opløsningsmiddelinteraktioner. Imidlertid, de er ekstremt tidskrævende og nogle gange umulige. Nu, Mikhail Lemeshko fra Institut for Videnskab og Teknologi Østrig (IST Østrig) har bevist, at anguloner - en bestemt type kvasipartikel, han foreslog for to år siden - gør, faktisk, dannes, når et molekyle er nedsænket i superflydende helium. Dette giver en hurtig og enkel beskrivelse for rotation af molekyler i opløsningsmidler.

I fysik, Begrebet kvasipartikler bruges som en teknik til at forenkle beskrivelsen af ​​mangepartikelsystemer. Nemlig, i stedet for at modellere stærke interaktioner mellem billioner af individuelle partikler, man identificerer byggesten i systemet, der kun svagt interagerer med hinanden. Disse byggesten kaldes kvasipartikler og kan bestå af grupper af partikler. For eksempel, at beskrive luftbobler, der stiger op i vand fra de første principper, man skulle løse et enormt sæt ligninger, der beskriver hvert vandmolekyls position og momentum. På den anden side, selve boblerne kan behandles som individuelle partikler - eller kvasipartikler - hvilket drastisk forenkler beskrivelsen af ​​systemet. Som et andet eksempel, overveje en løbende hest opslugt af en støvsky. Man kan tænke på det som en kvasipartikel bestående af selve hesten og støvskyen, der bevæger sig med den. At forstå, hvad der foregår i form af sådan en "kvasi-hest" er væsentligt nemmere sammenlignet med at behandle alle støvkorn, såvel som hesten, separat i en kompliceret simulering.

Sidstnævnte eksempel ligner, hvad Mikhail Lemeshko gjorde i sin undersøgelse. I stedet for at behandle det roterende molekyle og alle atomer i det omgivende materiale separat, han brugte anguloner til at se på problemet fra et andet perspektiv. Angulon quasiparticles, som dannes når et roterende objekt interagerer med et omgivende miljø, blev teoretisk forudsagt for to år siden af ​​Lemeshko og Schmidt. Indtil nu, imidlertid, de blev kun betragtet som teoretiske. Lemeshkos undersøgelse, som blev offentliggjort i dag i Fysisk gennemgangsbreve , er baseret på eksperimentelle data indsamlet af flere laboratorier i løbet af de sidste to årtier. Alle eksperimenterne havde en ting tilfælles:Molekyler af forskellige typer blev observeret at rotere inde i små dråber af superflydende helium. Som Lemeshko har vist, uafhængigt af hvilket molekyle der blev undersøgt, uanset om det er tunge eller lette arter, metan, vand, kuldioxid eller ammoniak, resultatet af angulonteorien var altid i god overensstemmelse med målingerne. Dette indikerer, at angulon quasiparticles gør, Ja, dannes inden i heliumdråber.

"I vores første undersøgelse, vi foreslog anguloner som en mulighed for at beskrive rotation af molekyler i opløsningsmidler. Nu, vi har fremlagt stærke beviser for, at anguloner faktisk eksisterer, "siger Lemeshko. Dette forenkler i væsentlig grad eksisterende teorier om mange partikler og kan føre til anvendelser inden for molekylær fysik, teoretisk kemi, og endda biologi.

Enderalp Yakaboylu fandt en første anvendelse af angulon -teorien, en postdoc i Lemeshkos gruppe. Forfatterne forudsagde, at selv et medium, der er ikke-polariserbart, kan skærme en nedsænket urenhed fra et eksternt elektromagnetisk felt. Denne effekt, der synes at modsige intuition, kaldes "anomalous screening" og er forårsaget af en udveksling af vinkelmoment på kvanteplan. Opdagelsen, som forfatterne offentliggjorde i Fysisk gennemgangsbreve , blev muliggjort ved at beskrive den ladede partikel og de interagerende omgivelser som en angulon quasiparticle. Fremtidige målinger viser, om forudsigelsen kan bevises eksperimentelt.