Beskrivelse af roterende molekyler gjort let

Feynman -diagrammer anvendes i fysik af kondenseret stof. Ved at omdanne meget komplekse ligninger til sæt af enkle diagrammer, metoden har etableret sig som et af de skarpeste værktøjer i en teoretisk fysikers værktøjskasse. Giacomo Bighin, en postdoc i gruppen af ​​Mikhail Lemeshko ved Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), har nu udvidet Feynman -diagrammeteknikken. Oprindeligt designet til subatomære partikler, de enkleste tænkelige objekter, teknikken kan nu arbejde med molekyler - langt mere komplekse objekter. Forskningen, som blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , forventes at drastisk forenkle beskrivelsen af ​​molekylære rotationer i opløsningsmidler. Dette bringer forskere et skridt tættere på deres langsigtede mål om at forstå kemiske reaktioner i opløsningsmidler på mikroskopisk niveau, og potentielt kontrollere dem.

At tænke på tværs af discipliner er svært og kræver en god blanding af ekspertise og et miljø, der fremmer sådanne tværfaglige samarbejder. Giacomo Bighin, en kondenseret fysiker, fandt et sådant miljø hos IST Austria, da han sluttede sig til gruppen af ​​Mikhail Lemeshko, en molekylær fysiker. Resultatet er en ny metode til molekylær fysik, der i høj grad kan lette beskrivelsen af ​​roterende molekyler i opløsningsmidler og baner vejen for i sidste ende at kontrollere deres reaktioner.

"Molekyler roterer altid, og hvordan de interagerer med hinanden afhænger af deres relative orientering. Det er, hvis de rammer et andet molekyle i den ene ende, det har en anden effekt, end hvis de rammer det med den anden ende, "forklarer Lemeshko. Molekylernes orientering og dermed kemiske reaktioner er allerede blevet kontrolleret i forsøg med molekylære gasser, men det er ret udfordrende at gøre det samme i opløsningsmidler. Dette er et langsigtet mål, som Mikhail Lemeshko og hans gruppe arbejder hen imod et skridt ad gangen. Det trin, de lige har taget, handler om bedre at beskrive rotation af et molekyle i et opløsningsmiddel - en forudsætning for i sidste ende at kontrollere reaktioner i dette miljø.

Overførsel af metoden, imidlertid, var ikke let. "Feynman-diagrammer fungerer for punktlignende partikler, f.eks. Elektroner. Punktlignende betyder, at de ikke påvirkes af rotation-hvis du roterer en elektron, det ser nøjagtig det samme ud som før. Molekyler, på den anden side, er mere komplekse og kan rotere og ændre deres orientering i rummet, "forklarer Giacomo Bighin. For at overføre metoden fra elektroner til molekyler, han måtte udvikle en ny formalisme. Tidligere har det var ikke kendt, om det overhovedet ville fungere for molekyler, og tilpasning af metoden tog Bighin mere end et år. Nu, formalismen er klar til brug i kemiske problemer.

"Vi forventer, at mennesker med en mere molekylær baggrund vil se, at det nu er muligt at studere molekyler på denne måde. Teknikken leverer ekstremt præcise resultater inden for kondenseret fysik, og det har potentiale til at opnå den samme nøjagtighed i molekylære simuleringer, "Tilføjer Lemeshko.