Feynman-diagrammen worden toegepast in de fysica van de gecondenseerde materie. Door zeer complexe vergelijkingen om te zetten in sets van eenvoudige diagrammen, de methode heeft zichzelf bewezen als een van de scherpste instrumenten in de gereedschapskist van een theoretisch fysicus. Giacomo Bighin, een postdoc in de groep van Mikhail Lemeshko aan het Institute of Science and Technology Austria (IST Oostenrijk), heeft nu de Feynman-diagramtechniek uitgebreid. Oorspronkelijk ontworpen voor subatomaire deeltjes, de eenvoudigst denkbare objecten, de techniek kan nu werken met moleculen - veel complexere objecten. Het onderzoek, die in het tijdschrift werd gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven , zal naar verwachting de beschrijving van moleculaire rotaties in oplosmiddelen drastisch vereenvoudigen. Dit brengt wetenschappers een stap dichter bij hun langetermijndoel om chemische reacties in oplosmiddelen op microscopisch niveau te begrijpen, en ze mogelijk te beheersen.

Over disciplines denken is moeilijk en vereist een goede mix van expertise en een omgeving die dergelijke interdisciplinaire samenwerkingen bevordert. Giacomo Bighin, een fysicus van de gecondenseerde materie, vond zo'n omgeving bij IST Oostenrijk toen hij zich aansloot bij de groep van Mikhail Lemeshko, een moleculair fysicus. Het resultaat is een nieuwe methode voor moleculaire fysica die de beschrijving van roterende moleculen in oplosmiddelen aanzienlijk kan vergemakkelijken en de weg vrijmaakt voor het uiteindelijk beheersen van hun reacties.

"Moleculen roteren altijd, en hoe ze met elkaar omgaan, hangt af van hun relatieve oriëntatie. Dat is, als ze met één uiteinde een ander molecuul raken, het heeft een ander effect dan wanneer ze het met het andere uiteinde raken, " legt Lemeshko uit. De oriëntatie van moleculen en dus chemische reacties zijn al gecontroleerd in experimenten met moleculaire gassen, maar het is een hele uitdaging om hetzelfde te doen in oplosmiddelen. Dit is een langetermijndoel waar Mikhail Lemeshko en zijn groep stap voor stap naartoe werken. De stap die ze zojuist hebben genomen, gaat over het beter beschrijven van de rotatie van een molecuul in een oplosmiddel - een voorwaarde om uiteindelijk reacties in deze omgeving te beheersen.

De methode overdragen, echter, was niet gemakkelijk. "Feynman-diagrammen werken voor puntachtige deeltjes zoals elektronen. Puntachtig betekent dat ze niet worden beïnvloed door rotatie - als je een elektron roteert, het ziet er precies hetzelfde uit als voorheen. Moleculen, anderzijds, zijn complexer en kunnen roteren en hun oriëntatie in de ruimte veranderen, " legt Giacomo Bighin uit. Om de methode van elektronen naar moleculen over te brengen, hij moest een nieuw formalisme ontwikkelen. Eerder, het was niet bekend of het zelfs voor moleculen zou werken, en het aanpassen van de methode kostte Bighin meer dan een jaar. Nutsvoorzieningen, het formalisme is klaar voor gebruik bij chemische problemen.

"We verwachten dat mensen met een meer moleculaire achtergrond zullen zien dat het nu mogelijk is om moleculen op deze manier te bestuderen. De techniek levert uiterst nauwkeurige resultaten op in de fysica van de gecondenseerde materie, en het heeft het potentieel om dezelfde nauwkeurigheid te bereiken in moleculaire simulaties, " voegt Lemeshko toe.