En detaljerad studie av roamingreaktioner - där föreningarnas atomer splittras och kretsar kring andra atomer för att bilda oväntade nya föreningar - kan göra det möjligt för forskare att göra mycket mer exakta förutsägelser om molekyler i atmosfären, inklusive modeller för klimatförändringar, stadsföroreningar och utarmning av ozon.

I ett papper publicerat idag i tidningen Vetenskap , ett team av forskare från UNSW Sydney, University of Sydney, Emory University och Cornell University visade i oöverträffade detaljer exakt vad som händer under roamingreaktioner av kemiska föreningar.

Professor Scott Kable, en atmosfärisk forskare som också är chef för UNSW:s kemiska högskola, jämför studien med att lyfta huven på roamingreaktioner och för första gången se hur delarna passar ihop. Han säger att studien kommer att ge forskare nya verktyg för att förstå reaktioner i atmosfären.

"Kemiska reaktioner, där atomer omarrangeras för att skapa nya ämnen, förekommer hela tiden i vår atmosfär som ett resultat av naturligt utsläpp från växter och djur samt mänsklig aktivitet, "Säger Prof Kable.

"Många av de viktigaste reaktionerna i atmosfären som bidrar till fotokemisk rök och produktion av koldioxid initieras av solljus, som kan dela isär molekyler.

"Under en lång tid, forskare trodde att dessa reaktioner hände på ett enkelt sätt, att solljuset absorberades och sedan exploderar molekylen, skicka atomer åt olika håll.

"Men, under de senaste åren har man funnit att där energin från solen bara var tillräckligt för att bryta en kemisk bindning, fragmenten utför en intim dans innan de utbyter atomer och skapar nya, oväntat, kemiska produkter - känd som roamingreaktioner.

"Vår forskning visar att dessa" roaming "-reaktioner uppvisar ovanliga och oväntade funktioner."

Prof Kable säger i ett experiment som beskrivs i tidningen, forskarna tittade på roamingreaktionen i formaldehyd (CH2O) och blev förvånade över att se istället, två ganska distinkta signaler, "som vi kunde tolka som två distinkta roamingmekanismer".

Professor Joel Bowman, som övervakade simuleringar av roamingreaktionerna vid Emory University i USA, observerade att "detaljerad modellering av dessa reaktioner inte bara överensstämmer med de experimentella fynden, de ger insikt i atomernas rörelse under reaktionen ". Simuleringar av experimentet utfördes också vid Cornell University (US).

Professor Meredith Jordan från University of Sydney säger att experimenten och teoriresultaten tyder på att roamingreaktioner sträcker sig över fysikens och kemins klassiska och kvantvärldar.

"Genom att analysera resultaten med den otroliga detaljen i både experiment och simuleringar fick vi förstå roamingreaktionernas kvantmekaniska natur. Vi förväntar oss att dessa egenskaper kommer att finnas i alla roamingreaktioner, " hon säger.

Resultaten av denna studie kommer att ge teoretiker de data som behövs för att finslipa sina teorier, vilket i sin tur gör det möjligt för forskare att exakt förutsäga resultaten av solljusinitierade reaktioner i atmosfären.

Prof Kable säger att studien också kan gynna forskare som arbetar inom förbränning och astrofysik, som använder komplexa modeller för att beskriva hur molekyler interagerar med varandra i gasform.