В Physical Review Letters вышла работа Джорджа Тренинса и Марианы Росси, в которой предложен новый подход к моделированию движения атомов и молекул на металлических поверхностях. Это важно для понимания и оптимизации химических реакций, используемых в энергетике и промышленности. Ключевая особенность подхода — учет так называемого электронного трения и квантовых эффектов ядер.
В традиционных моделях движение атомов описывается через упрощенное приближение, называемое адиабатическим. Оно предполагает, что легкие электроны успевают быстро перестроиться вслед за тяжелыми ядрами. Но в реальных условиях, особенно на металлических поверхностях, эта связь может быть более сложной. Возникают неадиабатические эффекты — ситуации, когда движение электронов и ядер взаимосвязано.
Электронное трение — один из таких эффектов. Оно проявляется как сопротивление со стороны электронов при движении атомов и влияет на скорость диффузии и химической реакции. Однако ядра — это квантовые объекты. Их поведение, включая туннелирование и наличие энергии даже при нулевой температуре, не описывается классическими методами.
Новый метод, предложенный Тренинсом и Росси, использует квантовую механику в формулировке с интегралом по траекториям. Это позволяет моделировать ядерные эффекты с учетом памяти — зависимости от предшествующей траектории атомов. Благодаря этому удалось объяснить несоответствия между старыми расчетами и экспериментами.
По словам Тренинса, новая модель не просто дает верный результат, но и объясняет его с физической точки зрения. Это важно для разработки современных катализаторов, включая одноатомные сплавы и двумерные материалы, где точность моделирования особенно критична. Росси подчеркивает, что метод можно адаптировать к более сложным и реальным системам, ранее считавшимся непосильными для симуляции.
Квантовая неопределенность, как оказалось, влияет не только на гипотетических котов, но и на реальные атомы на металлических поверхностях — и даже на то, как они «ощущают» трение. Если вам интересно, как парадоксы вроде знаменитого кота Шредингера связаны с фундаментальными спорами о природе реальности, обязательно загляните в эту статью — она поможет взглянуть на квантовую механику под новым углом.