Benzeno en 126 dimensioj

Aŭstraliaj sciencistoj ĵus priskribis kemian molekulon, kiu delonge fascinis ilin. Oni kredas, ke la rezulto de la esplorado influos novajn projektojn de sunĉeloj, organikaj lum-elsendaj diodoj kaj aliaj venontgeneraciaj teknologioj, en kiuj, evidente, benzeno povas esti uzata.

Benzeno estas organika kemia komponaĵo. Ĝi estas la plej simpla karbocikla, neŭtrala aroma hidrokarbido. Ĝi estas parto de DNA, proteinoj, ligno kaj oleo. La problemo de la konstruo de benzeno interesas chememiistojn de kiam ĉi tiu komponaĵo estis distranĉita. En 1865 la germana kemiisto Friedrich August Kekulé hipotezis, ke benzeno estas cikloheksatrieno kun sesangula ringo, en kiu unu kaj duobla ligoj alternas inter la karbonaj atomoj.

Bildfonto: Pixabay

Ekestis debato en kemiaj rondoj pri la strukturo de la benzena molekulo ekde la 1930-aj jaroj. Ĉi tiu debato intensiĝis en la lastaj jaroj ĉar benzeno, kiu konsistas el ses karbonaj atomoj kombinitaj kun ses hidrogenaj atomoj, estas la plej malgranda konata molekulo uzebla en la fabrikado de optoelektronikaj materialoj, pionira areo de teknologio.
La disputo pri la strukturo de molekulo ekestas ĉar, kvankam ĝi havas malmultajn atomajn konsistigilojn, ĝi ekzistas en stato, kiu ne estas matematike priskribita per la tri aŭ eĉ kvar dimensioj (inkluzive de tempo), kiujn ni konas laŭ nia sperto, sed ĝis 126 dimensioj. De kie venis ĉi tiu numero? Ĉiu el la 42 elektronoj en partiklo estas priskribita en tri dimensioj, kaj se vi multiplikas ilin per la nombro de partikloj, vi ricevas 126. Do ĉi tiuj ne estas realaj, sed matematikaj dimensioj. La mezurado de ĉi tiu kompleksa kaj tre malgranda sistemo ĝis nun montriĝis neebla, tiel ke la ĝusta konduto de la elektronoj en benzeno ne estis konata. Kaj tio estis problemo, ĉar sen ĉi tiuj informoj neniam eblos plene priskribi la fortikecon de la molekulo en teknikaj aplikoj.
Nun tamen sciencistoj laborantaj kun Timothy Schmidt de la ARC-Centro de Plejboneco en Exciton Science kaj la Universitato de Novsudkimrio en Sidnejo sub la direkto de Timothy Schmidt sukcesis solvi ĉi tiun misteron. Kune kun kolegoj de UNSW kaj CSIRO Data61, li aplikis kompleksan algoritman metodon nomatan Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) al benzenaj molekuloj por mapi iliajn ondformajn funkciojn en ĉiuj 126 dimensioj. Ĉi tiu algoritmo ebligas la dividon de la dimensia spaco en "kahelojn", ĉiu respondas al la permutaĵoj de la elektronaj pozicioj. La rezultoj de ĉi tiuj studoj estis publikigitaj en la revuo "Nature Communications". Speciala intereso por la sciencistoj estis la kompreno pri elektrona spino. "Kion ni malkovris, tio estis tre surpriza," notas profesoro Schmidt en la eldonaĵo. "La elektronoj en la karbono duoble ligas kun la spino supren kombinita en tridimensiaj agordoj kun malpli da energio. Ĉi tio signife reduktas la energion de la molekulo kaj faras la molekulon pli stabila danke al la forpuŝantaj kaj evitantaj elektronoj. La partikla stabileco, siavice , estas dezirinda trajto en teknikaj Aplikoj.