Hoe roteren moleculen in een oplosmiddel? Het beantwoorden van deze vraag is ingewikkeld, omdat moleculaire rotatie wordt verstoord door een zeer groot aantal omringende atomen. Voor een lange tijd, grootschalige computersimulaties zijn de belangrijkste benadering geweest voor het modelleren van interacties tussen moleculen en oplosmiddelen. Echter, ze zijn extreem tijdrovend en soms onhaalbaar. Nutsvoorzieningen, Mikhail Lemeshko van het Institute of Science and Technology Austria (IST Oostenrijk) heeft bewezen dat angulonen - een bepaald type quasideeltje dat hij twee jaar geleden voorstelde - doen, in feite, ontstaan ​​wanneer een molecuul wordt ondergedompeld in supervloeibaar helium. Dit biedt een snelle en eenvoudige beschrijving voor de rotatie van moleculen in oplosmiddelen.

in de natuurkunde, het concept van quasideeltjes wordt gebruikt als een techniek om de beschrijving van veeldeeltjessystemen te vereenvoudigen. Namelijk, in plaats van sterke interacties tussen biljoenen individuele deeltjes te modelleren, men identificeert bouwstenen van het systeem die slechts zwak met elkaar interageren. Deze bouwstenen worden quasideeltjes genoemd en kunnen bestaan ​​uit groepen deeltjes. Bijvoorbeeld, om luchtbellen te beschrijven die vanuit de eerste principes in water opstijgen, men zou een enorme reeks vergelijkingen moeten oplossen die de positie en het momentum van elk watermolecuul beschrijven. Anderzijds, de bubbels zelf kunnen worden behandeld als individuele deeltjes - of quasideeltjes - wat de beschrijving van het systeem drastisch vereenvoudigt. Als een ander voorbeeld, denk maar aan een rennend paard, gehuld in een stofwolk. Je kunt het zien als een quasideeltje dat bestaat uit het paard zelf en de stofwolk die meebeweegt. Begrijpen wat er aan de hand is in termen van zo'n 'quasi-paard' is aanzienlijk eenvoudiger in vergelijking met het behandelen van elke stofkorrel, evenals het paard, afzonderlijk in een ingewikkelde simulatie.

Het laatste voorbeeld is vergelijkbaar met wat Mikhail Lemeshko deed in zijn studie. In plaats van het roterende molecuul en alle atomen van het omringende materiaal afzonderlijk te behandelen, hij gebruikte angulons om het probleem vanuit een ander perspectief te bekijken. Angulon quasideeltjes, die zich vormen wanneer een roterend object interageert met een omringende omgeving, werden twee jaar geleden theoretisch voorspeld door Lemeshko en Schmidt. Tot nu, echter, ze werden alleen als theoretisch beschouwd. Lemeshko's studie, die vandaag werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , is gebaseerd op experimentele gegevens die de afgelopen twee decennia door verschillende laboratoria zijn verzameld. Alle experimenten hadden één ding gemeen:er werd waargenomen dat moleculen van verschillende typen binnenin kleine druppeltjes supervloeibaar helium roteren. Zoals Lemeshko heeft aangetoond, onafhankelijk van welk molecuul werd bestudeerd, of het nu zware of lichte soorten zijn, methaan, water, kooldioxide of ammoniak, de uitkomst van de angulontheorie kwam altijd goed overeen met de metingen. Dit geeft aan dat de angulon quasideeltjes doen, inderdaad, vormen in heliumdruppels.

"In ons eerste onderzoek we stelden angulonen voor als een mogelijkheid om de rotatie van moleculen in oplosmiddelen te beschrijven. Nutsvoorzieningen, we hebben sterk bewijs geleverd dat angulonen echt bestaan, ", zegt Lemeshko. Dit vereenvoudigt de bestaande veeldeeltjestheorieën aanzienlijk en zou kunnen leiden tot toepassingen in de moleculaire fysica, theoretische scheikunde, en zelfs biologie.

Een eerste toepassing van de angulontheorie werd gevonden door Enderalp Yakaboylu, een postdoc in de groep van Lemeshko. De auteurs voorspelden dat zelfs een niet-polariseerbaar medium een ​​ondergedompelde onzuiverheid kan beschermen tegen een extern elektromagnetisch veld. Dit effect, die intuïtie lijkt tegen te spreken, wordt "abnormale screening" genoemd en wordt veroorzaakt door een uitwisseling van impulsmoment op kwantumniveau. De vondst, waarin de auteurs publiceerden Fysieke beoordelingsbrieven , werd mogelijk gemaakt door het geladen deeltje en de op elkaar inwerkende omgeving te beschrijven als een angulon-quasideeltje. Toekomstige metingen zullen uitwijzen of de voorspelling experimenteel kan worden bewezen.