Feynman-diagram tillämpas i den kondenserade materiens fysik. Genom att omvandla mycket komplexa ekvationer till uppsättningar av enkla diagram, metoden har etablerat sig som ett av de vassaste verktygen i en teoretisk fysikers verktygslåda. Giacomo Bighin, en postdoc i gruppen av Mikhail Lemeshko vid Institute of Science and Technology Österrike (IST Österrike), har nu utökat Feynman-diagramtekniken. Ursprungligen utformad för subatomära partiklar, de enklaste föremål man kan tänka sig, Tekniken kan nu arbeta med molekyler – mycket mer komplexa föremål. Forskningen, som publicerades i tidskriften Fysiska granskningsbrev , förväntas drastiskt förenkla beskrivningen av molekylära rotationer i lösningsmedel. Detta för forskarna ett steg närmare deras långsiktiga mål att förstå kemiska reaktioner i lösningsmedel på mikroskopisk nivå, och potentiellt kontrollera dem.

Att tänka över discipliner är svårt och kräver en bra mix av expertis och en miljö som främjar sådana tvärvetenskapliga samarbeten. Giacomo Bighin, en fysiker för kondenserad materia, hittade en sådan miljö på IST Österrike när han gick med i gruppen Mikhail Lemeshko, en molekylär fysiker. Resultatet är en ny metod för molekylär fysik som avsevärt kan underlätta beskrivningen av roterande molekyler i lösningsmedel och banar väg för att så småningom kontrollera deras reaktioner.

"Molekyler roterar alltid, och hur de interagerar med varandra beror på deras relativa orientering. Det är, om de träffar en annan molekyl med ena änden, det har en annan effekt än om de träffar den med andra änden, " förklarar Lemeshko. Orienteringen av molekyler och därmed kemiska reaktioner har redan kontrollerats i experiment på molekylära gaser, men det är ganska utmanande att göra samma sak i lösningsmedel. Detta är ett långsiktigt mål som Mikhail Lemeshko och hans grupp arbetar mot ett steg i taget. Steget de just har tagit handlar om att bättre beskriva en molekyls rotation i ett lösningsmedel – en förutsättning för att så småningom kontrollera reaktioner i denna miljö.

Överföra metoden, dock, var inte lätt. "Feynman-diagram fungerar för punktliknande partiklar såsom elektroner. Punktliknande betyder att de inte påverkas av rotation - om du roterar en elektron, det ser exakt likadant ut som innan. Molekyler, å andra sidan, är mer komplexa och kan rotera och ändra sin orientering i rymden, " förklarar Giacomo Bighin. För att överföra metoden från elektroner till molekyler, han var tvungen att utveckla en ny formalism. Tidigare, det var inte känt om det ens skulle fungera för molekyler, och att anpassa metoden tog Bighin mer än ett år. Nu, formalismen är redo att användas i kemiska problem.

"Vi förväntar oss att människor med en mer molekylär bakgrund kommer att se att det nu är möjligt att studera molekyler på det här sättet. Tekniken ger extremt exakta resultat i den kondenserade materiens fysik, och den har potential att uppnå samma noggrannhet i molekylära simuleringar, " tillägger Lemeshko.