Demostrada la existencia de una nueva cuasipartícula, el angulón

 

Demostrada la existencia de una nueva cuasipartícula, el angulón

Impresión artística de un angulón
IST AUSTRIA
Actualizado 28/02/2017 12:37:48 CET

   MADRID, 28 Feb. (EUROPA PRESS) -

La existencia de una nueva cuasipartícula, el angulón, ha sido probada por un equipo de investigación austríaco. Representa un método rápido y eficiente de entender interacciones moleculares con material circundante observadas durante 20 años.

   ¿Cómo giran las moléculas en un disolvente? Responder a esta pregunta es complicado, ya que la rotación molecular es perturbada por un número muy grande de átomos circundantes.

   Durante mucho tiempo, simulaciones computacionales a gran escala han sido el enfoque principal para el modelo de interacción molécula-disolvente. Sin embargo, son extremadamente costosas en tiempo y, a veces, resultan imposibles.

   Mikhail Lemeshko, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria), ha demostrado que los angulones --un cierto tipo de cuasipartícula que propuso hace dos años-- se forman cuando una molécula está sumergida en helio superfluido. Esto ofrece una descripción rápida y sencilla para la rotación de moléculas en disolventes.

   En física, el concepto de cuasipartículas se utiliza como una técnica para simplificar la descripción de muchos sistemas de partículas. Es decir, en lugar de modelar interacciones fuertes entre billones de partículas individuales, se identifican bloques constructivos del sistema que sólo interactúan débilmente unos con otros. Estos bloques de construcción se llaman cuasiparticulas y pueden consistir en grupos de partículas.

   Por ejemplo, para describir las burbujas de aire que se elevan en el agua a partor de los primeros principios, se necesitaría resolver un enorme conjunto de ecuaciones que describen la posición y el momento de cada molécula de agua. Por otra parte, las burbujas mismas pueden ser tratadas como partículas individuales (o cuasipartículas) que simplifican drásticamente la descripción del sistema.

   Como otro ejemplo, --explica el IST en un comunicado-- considere un caballo corriendo engullido en una nube de polvo. Se puede pensar en esto como una casipartícula que consiste en el propio caballo y la nube de polvo que se mueve junto con él. Comprender lo que está pasando en términos de tal "cuasicaballo" es sustancialmente más fácil en comparación con el tratamiento de cada grano de polvo, así como el caballo, por separado en una simulación complicada.

   Este último ejemplo es similar a lo que Mikhail Lemeshko hizo en su estudio. En vez de tratar la molécula giratoria y todos los átomos del material circundante por separado, usó angulones para mirar el problema desde una perspectiva diferente. Las cuasiparticulas angulónicas, que se forman cuando un objeto rotativo interactúa con un ambiente circundante, fueron predichas teóricamente hace dos años por Lemeshko y Schmidt. Hasta ahora, sin embargo, se consideraban sólo teóricas.

   El estudio de Lemeshko, publicado en Physical Review Letters, se basa en datos experimentales recogidos por varios laboratorios durante las últimas dos décadas. Todos los experimentos tenían una cosa en común: Moléculas de diferentes tipos se observaron para rotar dentro de pequeñas gotitas de helio superfluido. Como ha demostrado Lemeshko, independientemente de qué molécula se estudió, ya sea de especies pesadas o ligeras, metano, agua, dióxido de carbono o amoníaco, el resultado de la teoría del angulón estuvo siempre en buen acuerdo con las mediciones. Esto indica que las cuasipartículas de angulón, de hecho, se forman dentro de gotitas de helio.

   "En nuestro primer estudio, propusimos los angulones como una posibilidad para describir la rotación de moléculas en disolventes." Ahora, hemos proporcionado una fuerte evidencia de que los angulones realmente existen ", dice Lemeshko. Esto simplifica sustancialmente las teorías existentes de muchas partículas y podría conducir a aplicaciones en física molecular, química teórica e incluso biología.

   Una primera aplicación de la teoría del angulón fue encontrada por Enderalp Yakaboylu, un postdoctorado en el grupo de Lemeshko. Los autores predijeron que incluso un medio que no es polarizable puede proteger una impureza sumergida de un campo electromagnético externo. Este efecto, que parece contradecir la intuición, se llama "screening anómalo" y es causado por un intercambio de momentum angular en el nivel cuántico.

   El descubrimiento, que los autores publicaron en Physical Review Letters, se hizo posible describiendo la partícula cargada y el entorno interactivo como una cuasipartícula angulónica. Mediciones futuras mostrarán si la predicción puede ser probada experimentalmente.

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