Hur roterar molekyler i ett lösningsmedel? Att besvara denna fråga är komplicerat, eftersom molekylär rotation störs av ett mycket stort antal omgivande atomer. Under en lång tid, storskaliga datasimuleringar har varit det huvudsakliga tillvägagångssättet för att modellera molekyl-lösningsmedelsinteraktioner. Dock, de är extremt tidskrävande och ibland omöjliga. Nu, Mikhail Lemeshko från Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) har bevisat att anguloner - en viss typ av kvasipartikel som han föreslog för två år sedan - gör, faktiskt, bildas när en molekyl är nedsänkt i superfluid helium. Detta ger en snabb och enkel beskrivning för rotation av molekyler i lösningsmedel.

Inom fysiken, begreppet kvasipartiklar används som en teknik för att förenkla beskrivningen av system med många partiklar. Nämligen, istället för att modellera starka interaktioner mellan biljoner enskilda partiklar, man identifierar byggstenar i systemet som endast svagt interagerar med varandra. Dessa byggstenar kallas kvasipartiklar och kan bestå av grupper av partiklar. Till exempel, för att beskriva luftbubblor som stiger upp i vatten från de första principerna, man skulle behöva lösa en enorm uppsättning ekvationer som beskriver position och momentum för varje vattenmolekyl. Å andra sidan, själva bubblorna kan behandlas som enskilda partiklar - eller kvasipartiklar - vilket drastiskt förenklar beskrivningen av systemet. Som ett annat exempel, betrakta en springhäst som är uppslukt av ett moln av damm. Man kan se det som en kvasipartikel som består av hästen själv och dammmolnet som rör sig med den. Att förstå vad som händer när det gäller en sådan "kvasi-häst" är betydligt lättare jämfört med att behandla varje dammkorn, liksom hästen, separat i en komplicerad simulering.

Det senare exemplet liknar det Mikhail Lemeshko gjorde i sin studie. Istället för att behandla den roterande molekylen och alla atomer i det omgivande materialet separat, han använde anguloner för att se på problemet från ett annat perspektiv. Angulon kvasipartiklar, som bildas när ett roterande objekt interagerar med en omgivande miljö, förutspåddes teoretiskt för två år sedan av Lemeshko och Schmidt. Tills nu, dock, de ansågs bara som teoretiska. Lemeshkos studie, som publicerades idag i Fysiska granskningsbrev , är baserad på experimentella data som samlats in av flera laboratorier under de senaste två decennierna. Alla experiment hade en sak gemensamt:Molekyler av olika typer observerades rotera inuti små droppar superfluid helium. Som Lemeshko har visat, oberoende av vilken molekyl som studerades, oavsett om det är tunga eller lätta arter, metan, vatten, koldioxid eller ammoniak, utfallet av angulonteorin stämde alltid överens med mätningarna. Detta indikerar att angulonkvasipartiklarna gör, verkligen, bildas inuti heliumdroppar.

"I vår första studie, vi föreslog anguloner som en möjlighet för att beskriva molekylernas rotation i lösningsmedel. Nu, vi har gett starka bevis på att anguloner faktiskt finns, "säger Lemeshko. Detta förenklar väsentligt befintliga teorier om många partiklar och kan leda till tillämpningar inom molekylär fysik, teoretisk kemi, och till och med biologi.

Enderalp Yakaboylu fann en första tillämpning av angulonteorin, en postdoc i Lemeshkos grupp. Författarna förutspådde att även ett medium som är icke-polariserbart kan skydda en nedsänkt orenhet från ett externt elektromagnetiskt fält. Denna effekt, som verkar motsäga intuition, kallas "avvikande screening" och orsakas av ett utbyte av vinkelmoment på kvantnivå. Upptäckten, som författarna publicerade i Fysiska granskningsbrev , möjliggjordes genom att beskriva den laddade partikeln och den interagerande omgivningen som en angulonkvasipartikel. Framtida mätningar kommer att visa om förutsägelsen kan bevisas experimentellt.