Como as moléculas giram em um solvente? Responder a esta pergunta é complicado, uma vez que a rotação molecular é perturbada por um grande número de átomos circundantes. Por muito tempo, as simulações de computador em grande escala têm sido a principal abordagem para modelar as interações molécula-solvente. Contudo, eles consomem muito tempo e às vezes são inviáveis. Agora, Mikhail Lemeshko do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria) provou que os angulons - um certo tipo de quasipartícula que ele propôs há dois anos - sim, na verdade, forma quando uma molécula é imersa em hélio superfluido. Isso oferece uma descrição rápida e simples para a rotação de moléculas em solventes.

Na física, o conceito de quasipartículas é usado como uma técnica para simplificar a descrição de sistemas de muitas partículas. Nomeadamente, em vez de modelar fortes interações entre trilhões de partículas individuais, identifica-se os blocos de construção do sistema que estão interagindo fracamente uns com os outros. Esses blocos de construção são chamados de quasipartículas e podem consistir em grupos de partículas. Por exemplo, para descrever as bolhas de ar subindo na água a partir dos primeiros princípios, seria necessário resolver um enorme conjunto de equações que descrevem a posição e o momento de cada molécula de água. Por outro lado, as próprias bolhas podem ser tratadas como partículas individuais - ou quasipartículas - o que simplifica drasticamente a descrição do sistema. Como outro exemplo, considere um cavalo correndo envolto em uma nuvem de poeira. Pode-se pensar nisso como uma quase-partícula que consiste no próprio cavalo e na nuvem de poeira que se move junto com ele. Compreender o que está acontecendo em termos de tal 'quase-cavalo' é substancialmente mais fácil em comparação com o tratamento de todos os grãos de poeira, assim como o cavalo, separadamente em uma simulação complicada.

O último exemplo é semelhante ao que Mikhail Lemeshko fez em seu estudo. Em vez de tratar a molécula rotativa e todos os átomos do material circundante separadamente, ele usou angulons para ver o problema de uma perspectiva diferente. Quasipartículas de angulon, que se formam quando um objeto giratório interage com o ambiente circundante, foram previstas teoricamente há dois anos por Lemeshko e Schmidt. Até agora, Contudo, eles foram considerados apenas teóricos. Estudo de Lemeshko, que foi publicado hoje em Cartas de revisão física , é baseado em dados experimentais coletados por vários laboratórios nas últimas duas décadas. Todos os experimentos tinham uma coisa em comum:moléculas de diferentes tipos foram observadas girando dentro de minúsculas gotículas de hélio superfluido. Como Lemeshko mostrou, independente de qual molécula foi estudada, sejam espécies pesadas ou leves, metano, agua, dióxido de carbono ou amônia, o resultado da teoria do angulon esteve sempre de acordo com as medições. Isso indica que as quasipartículas de angulon fazem, na verdade, formar dentro de gotículas de hélio.

"Em nosso primeiro estudo, propusemos angulons como uma possibilidade para descrever a rotação de moléculas em solventes. Agora, fornecemos fortes evidências de que os angulons realmente existem, "diz Lemeshko. Isso simplifica substancialmente as teorias de muitas partículas existentes e pode levar a aplicações em física molecular, química teórica, e até biologia.

Uma primeira aplicação da teoria do angulon foi encontrada por Enderalp Yakaboylu, um pós-doutorado no grupo de Lemeshko. Os autores previram que mesmo um meio não polarizável pode proteger uma impureza imersa de um campo eletromagnético externo. Este efeito, o que parece contradizer a intuição, é chamado de "blindagem anômala" e é causado por uma troca de momento angular no nível quântico. A descoberta, que os autores publicaram em Cartas de revisão física , foi possível ao descrever a partícula carregada e os arredores interagentes como uma quasipartícula de angulon. Medições futuras mostrarão se a previsão pode ser comprovada experimentalmente.