Les diagrammes de Feynman sont appliqués en physique de la matière condensée. En transformant des équations très complexes en ensembles de diagrammes simples, la méthode s'est imposée comme l'un des outils les plus pointus dans la boîte à outils d'un physicien théoricien. Giacomo Bighin, un post-doctorant dans le groupe de Mikhail Lemeshko à l'Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), a maintenant étendu la technique du diagramme de Feynman. Conçu à l'origine pour les particules subatomiques, les objets les plus simples imaginables, la technique peut désormais fonctionner avec des molécules, des objets bien plus complexes. La recherche, qui a été publié dans la revue Lettres d'examen physique , devrait simplifier considérablement la description des rotations moléculaires dans les solvants. Cela rapproche les scientifiques de leur objectif à long terme de comprendre les réactions chimiques dans les solvants au niveau microscopique, et potentiellement les contrôler.

Penser à travers les disciplines est difficile et nécessite un bon mélange d'expertise et un environnement qui favorise de telles collaborations interdisciplinaires. Giacomo Bighin, un physicien de la matière condensée, a trouvé un tel environnement à IST Autriche lorsqu'il a rejoint le groupe de Mikhail Lemeshko, un physicien moléculaire. Le résultat est une nouvelle méthode de physique moléculaire qui peut grandement faciliter la description des molécules en rotation dans les solvants et ouvre la voie au contrôle éventuel de leurs réactions.

"Les molécules tournent toujours, et comment ils interagissent les uns avec les autres dépend de leur orientation relative. C'est-à-dire, s'ils heurtent une autre molécule avec une extrémité, il a un effet différent que s'ils le frappent avec l'autre extrémité, " explique Lemeshko. L'orientation des molécules et donc les réactions chimiques ont déjà été contrôlées dans des expériences sur les gaz moléculaires, mais il est assez difficile de faire la même chose dans les solvants. Il s'agit d'un objectif à long terme vers lequel Mikhail Lemeshko et son groupe travaillent une étape à la fois. Le pas qu'ils viennent de franchir est de mieux décrire la rotation d'une molécule dans un solvant, condition préalable pour contrôler à terme les réactions dans cet environnement.

Transférer la méthode, cependant, n'était pas facile. « Les diagrammes de Feynman fonctionnent pour les particules ponctuelles telles que les électrons. La forme ponctuelle signifie qu'elles ne sont pas affectées par la rotation - si vous faites pivoter un électron, ça a l'air exactement pareil qu'avant. Molécules, d'autre part, sont plus complexes et peuvent pivoter et changer leur orientation dans l'espace, " explique Giacomo Bighin. Afin de transférer la méthode des électrons aux molécules, il a dû développer un nouveau formalisme. Précédemment, on ne savait pas si cela fonctionnerait même pour les molécules, et l'adaptation de la méthode a pris à Bighin plus d'un an. Maintenant, le formalisme est prêt à l'emploi dans les problèmes chimiques.

"Nous nous attendons à ce que les gens d'un milieu plus moléculaire voient qu'il est désormais possible d'étudier des molécules de cette manière. La technique fournit des résultats extrêmement précis en physique de la matière condensée, et il a le potentiel d'atteindre la même précision dans les simulations moléculaires, " ajoute Lemeshko.