Demuestran la existencia de una nueva cuasipartícula.

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

 

Impresión del artista de la casi-partícula de angulón formada a partir de una molécula de metano en helio superfluido. Crédito: IST Austria

Durante mucho tiempo, simulaciones de computadora a gran escala han sido el enfoque principal de las interacciones modelo del solvente-molécula. Sin embargo, son extremadamente lentos y a veces inviable. Ahora, Mikhail Lemeshko desde el Instituto de ciencia y tecnología de Austria (Austria IST) ha demostrado que los angulones — un determinado tipo de quasiparticula que propuso hace dos años —, se forman de hecho, cuando una molécula se encuentra inmersa en helio superfluido. Esto ofrece una descripción rápida y sencilla para la rotación de las moléculas en solventes.

En física, el concepto de quasiparticulas se utiliza como una técnica para simplificar la descripción de sistemas de muchas partículas. Es decir, en lugar de modelar interacciones fuertes entre los billones de partículas individuales, uno identifica bloques del sistema que son solamente débiles que interactúan una con la otra. Estos bloques se denominan quasiparticulas y podrían consistir en grupos de partículas.

Por ejemplo, para describer las burbujas de aire elevándose en agua de primeros principios, uno necesitaría resolver un enorme conjunto de ecuaciones que describen la posición y el ímpetu de cada molécula de agua. Por otro lado, las burbujas se pueden tratar como partículas individuales — o quasiparticulas — que simplifica drásticamente la descripción del sistema. Como otro ejemplo, considere un caballo corriente envuelto en una nube de polvo. Uno puede pensar como una quasiparticula que consiste en el propio caballo y la nube de polvo en movimiento junto con él. Entender lo que está sucediendo en términos de un tal  cuasi-' 'caballo es substancialmente más fácil comparado con tratar por separado cada grano de polvo, así como el caballo, en una simulación compleja.

El último ejemplo es similar a lo que Mikhail Lemeshko hizo en su estudio. En vez de tratar por separado la molécula rota y todos los átomos del material circundante, usó angulones para mirar el problema desde una perspectiva diferente. Las cuasiparticulas angulónicas, que se forman cuando un objeto giratorio que interactúa con un entorno, fueron predichas teóricamente hace dos años por Lemeshko y Schmidt.

 

Hasta ahora, sin embargo, se consideraron sólo teóricas. El estudio de Lemeshko, que fue publicado ayer en Physical Review Letters, se basa en datos experimentales recopilados por varios laboratorios en las últimas dos décadas. Todos los experimentos tenían una cosa en común: las moléculas de diferentes tipos fueron observadas para girar dentro de diminutas gotitas del helio superfluido. Como Lemeshko ha demostrado, independientemente de que la molécula se estudió, ya sea especies pesadas o ligeras, metano, agua, dióxido de carbono o amoniaco, el resultado de la teoría de angulon fue siempre en acuerdo con las mediciones. Esto indica que los quasiparticulas angulónicas, se forman de hecho, dentro de las gotitas del helio.

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

Enderalp Yakaboylu, un postdoc en el grupo de Lemeshko encontró una primera aplicación de la teoría de angulon. Los autores predijeron que incluso un medio que es no-polarizable puede proteger una impureza sumergida de un campo electromagnético externo. Este efecto, que parece contradecir la intuición, se llama "proyección anómala" y es causado por un intercambio de momento angular en el nivel cuántico. El descubrimiento, que los autores publicados en Physical Review Letters , hicieron possible  describir la partícula cargada y el entorno interactuando como una cuasiparticula angulónica. Las mediciones futuras mostrarán si la predicción se puede probar experimentalmente.