Resolviendo un misterio en 126 dimensiones
Después de 90 años, los científicos revelan la estructura del benceno
Uno de los misterios fundamentales de la química ha sido resuelto por los científicos australianos - y el resultado puede tener implicaciones para futuros diseños de células solares, diodos orgánicos emisores de luz y otras tecnologías de próxima generación.
Una imagen de cómo el mosaico de la función de la onda de 126 dimensiones es seccionado en nuestras 3 dimensiones 42 veces, una por cada electrón. Esto muestra el dominio de cada electrón, en ese mosaico.
UNSW Sydney
Desde la década de 1930 se ha debatido en los círculos de la química sobre la estructura fundamental del benceno. Se trata de un debate que en los últimos años ha adquirido mayor urgencia, porque el benceno -que comprende seis átomos de carbono emparejados con seis átomos de hidrógeno- es la molécula más pequeña que puede utilizarse en la producción de materiales optoelectrónicos, que están revolucionando la energía renovable y la tecnología de las telecomunicaciones.
También es un componente del ADN, las proteínas, la madera y el petróleo.
La controversia en torno a la estructura de la molécula surge porque, aunque tiene pocos componentes atómicos, existe en un estado que comprende no sólo cuatro dimensiones - como nuestro "gran" mundo cotidiano - sino 126.
Medir un sistema tan complejo -y pequeño- ha resultado hasta ahora imposible, lo que significa que el comportamiento preciso de los electrones de benceno no pudo ser descubierto. Y eso representaba un problema, porque sin esa información, la estabilidad de la molécula en las aplicaciones tecnológicas nunca podría ser comprendida en su totalidad.
Ahora, sin embargo, los científicos dirigidos por Timothy Schmidt del Centro de Excelencia en Ciencia de Excitación ARC y UNSW Sydney han logrado desentrañar el misterio - y los resultados fueron una sorpresa.
El Profesor Schmidt, con sus colegas de la UNSW y de Data61 de la CSIRO, aplicó un complejo método basado en un algoritmo llamado muestreo dinámico de la metrópoli de Voronoi (DVMS) a las moléculas de benceno con el fin de mapear sus funciones de onda a través de las 126 dimensiones.
La clave para desentrañar el complejo problema fue un nuevo algoritmo matemático desarrollado por el coautor Dr. Phil Kilby de Data61 de CSIRO. El algoritmo permite al científico dividir el espacio dimensional en "baldosas" equivalentes, cada una de las cuales corresponde a una permutación de posiciones de los electrones.
De particular interés para los científicos era entender el "spin" de los electrones. Todos los electrones tienen espín - es la propiedad que produce el magnetismo, entre otras fuerzas fundamentales - pero la forma en que interactúan entre sí está en la base de una amplia gama de tecnologías, desde los diodos emisores de luz hasta la computación cuántica.
"Lo que encontramos fue muy sorprendente", dijo el Profesor Schmidt. "Los electrones con lo que se conoce como doble enlace de espiral ascendente, mientras que los de espiral descendente se mantuvieron simples.
"No era lo que esperábamos, pero podría ser una buena noticia para futuras aplicaciones tecnológicas. Esencialmente reduce la energía de la molécula, haciéndola más estable, sacando los electrones, que se repelen entre sí, del camino de cada uno."
El coautor Phil Kilby de Data61 añadió: "Aunque desarrollado para este contexto químico, el algoritmo que desarrollamos, para 'emparejar con las restricciones' también puede aplicarse a una amplia variedad de áreas, desde la lista de personal hasta los programas de intercambio de riñones".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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