పరమాణు ఐన్‌స్టీన్: ఒక అణువు, అంతులేని నమూనాలు

గణితం మరియు టైలర్ వాణిజ్యం మధ్య ఖండన వద్ద నిలబడటం ఐన్‌స్టీన్ సమస్య అని పిలవబడేది. పేరు ఉన్నప్పటికీ, ఈ గణిత ప్రశ్నకు నోబెల్ బహుమతి గ్రహీత ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్‌తో సంబంధం లేదు. ఇది అడుగుతుంది: మీరు అంతులేని ఉపరితలాన్ని ఒకే ఆకారంతో (“ఐన్‌స్టీన్”) సజావుగా టైల్ చేయగలరా? ఇటువంటి “ప్రోటో-టైల్” ను 2022 లో ఆంగ్ల te త్సాహిక గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు డేవిడ్ స్మిత్ మొదట కనుగొన్నారు.

EMMA పరిశోధకుడు కార్ల్-హీన్జ్ ఎర్నెస్ట్ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు లేదా టైలర్ కాదు. రసాయన శాస్త్రవేత్తగా, అతను లోహ ఉపరితలాలపై అణువుల స్ఫటికీకరణపై పరిశోధన చేస్తాడు. అతను తన వృత్తి జీవితంలో ఐన్స్టీన్ సమస్యను ఎదుర్కోవాలని ఎప్పుడూ expected హించలేదు – అతని డాక్టరల్ విద్యార్థి జాన్ వోయిగ్ట్ ఒక ప్రయోగం యొక్క అసాధారణ ఫలితాలతో అతనిని సంప్రదించే వరకు. ఒక నిర్దిష్ట అణువు వెండి ఉపరితలంపై స్ఫటికీకరించినప్పుడు, result హించిన రెగ్యులర్ నిర్మాణానికి బదులుగా, సక్రమంగా లేని నమూనాలు ఏర్పడ్డాయి, అవి తమను తాము పునరావృతం చేయలేదు. మరింత ఆశ్చర్యకరమైనది: అతను ప్రయోగాన్ని పునరావృతం చేసిన ప్రతిసారీ, వేర్వేరు అపెరియోడిక్ నమూనాలు వెలువడ్డాయి.

అన్ని మంచి పరిశోధకుల మాదిరిగానే, ఎర్నెస్ట్ మరియు వోయిగ్ట్ మొదట్లో ప్రయోగాత్మక లోపాన్ని అనుమానించారు. కానీ వింత అన్వేషణ నిజమని త్వరలోనే స్పష్టమైంది. తదుపరి దశ అణువులు ఎందుకు ప్రత్యేకమైన రీతిలో ప్రవర్తించాయో తెలుసుకోవడం. పరిశోధకులు ఇటీవల ఈ ప్రశ్నకు జర్నల్‌లో సమాధానం ప్రచురించారు ప్రకృతి సమాచార మార్పిడి.

Unexpected హించని ప్రభావాలు

ఎర్నెస్ట్ మరియు వోయిగ్ట్ చిరాలిటీ అని పిలవబడే ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నారు, ఇది అనేక సేంద్రీయ అణువులను వర్ణించే “చేతి”. చిరల్ నిర్మాణాలు రసాయనికంగా ఒకేలా ఉన్నప్పటికీ, వాటిని ఒకదానికొకటి తిప్పలేము – మన కుడి మరియు ఎడమ చేతుల మాదిరిగానే. ఈ ఆస్తి ce షధ పరిశ్రమలో చాలా ముఖ్యమైనది. అన్ని ఆధునిక మందులలో సగానికి పైగా చిరల్. మన శరీరంలోని అమైనో ఆమ్లాలు, చక్కెరలు మరియు ప్రోటీన్లు వంటి జీవ కణాలన్నీ ఒకే చేతితో ఉన్నందున, క్రియాశీల ce షధ పదార్థాలు కూడా చిరల్ అయి ఉండాలి. తప్పు చేతితో ఉన్న ఒక మందు ఉత్తమంగా మరియు చెత్తగా కూడా హానికరం.

సేంద్రీయ అణువుల సంశ్లేషణ సమయంలో హ్యాండ్నెస్‌ను నియంత్రించడం కెమిస్ట్రీపై అపారమైన ఆసక్తిని కలిగి ఉంటుంది. అవకాశాలలో ఒకటి చిరల్ అణువుల స్ఫటికీకరణ. ఇది చౌక, ప్రభావవంతమైనది మరియు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది – ఇంకా పూర్తిగా అర్థం కాలేదు. EMMA పరిశోధకులు మొదట వారి ప్రయోగంతో ఈ అవగాహనను మరింతగా పెంచుకోవాలని కోరుకున్నారు. ఇది చేయుటకు, వారు చాలా ప్రత్యేకమైన అణువును తీసుకున్నారు, ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద దాని చేతిని సులభంగా మారుస్తుంది – చాలా చిరల్ అణువులు ఆచరణాత్మకంగా ఎప్పుడూ చేయవు.

“అణువులు తమ చేతితో ప్రకారం క్రిస్టల్‌లో తమను తాము ఏర్పాటు చేసుకుంటాయని మేము expected హించాము” అని కార్ల్-హీన్జ్ ఎర్నెస్ట్ వివరించాడు, “అనగా, ప్రత్యామ్నాయంగా లేదా అదే చేతితో సమూహాలలో.” బదులుగా, అణువులు యాదృచ్చికంగా తమను తాము వేర్వేరు పరిమాణాల త్రిభుజాలలోకి అమర్చాయి, ఇవి ఉపరితలంపై క్రమరహిత మురిని ఏర్పరుస్తాయి-పరిశోధకులు మొదట్లో తప్పుగా భావించిన పునరావృతం కాని లేదా అపెరియోడిక్ నిర్మాణం.

పజిల్ ముక్కల నుండి భౌతికశాస్త్రం వరకు

చాలా అస్పష్టత తరువాత, వోయిగ్ట్ మరియు ఎర్నెస్ట్ చివరకు పరమాణు నమూనాలను అర్థంచేసుకోగలిగారు – భౌతిక శాస్త్రం మరియు గణితం ద్వారా మాత్రమే కాకుండా, కంప్యూటర్‌లోని వాస్తవ పజిల్ ముక్కలతో లేదా వంటగది టేబుల్ వద్ద ఇంట్లో కూడా వాటిని ప్రయత్నించడం ద్వారా. అణువుల అమరిక పూర్తిగా యాదృచ్ఛికంగా లేదు. అవి ప్రతి వైపు రెండు మరియు 15 అణువుల మధ్య కొలిచే త్రిభుజాలను ఏర్పరుస్తాయి. ప్రతి ప్రయోగంలో, ఒక త్రిభుజం పరిమాణం ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. ఇంకా ఏమిటంటే, త్రిభుజాలు ఒక పరిమాణం పెద్దవి మరియు ఒక పరిమాణం చిన్నవి కూడా ప్రాతినిధ్యం వహించబడ్డాయి – కాని ఇతరులు లేరు.

“మా ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులలో, అణువులు వెండి ఉపరితలాన్ని సాధ్యమైనంత దట్టంగా కప్పాలని ‘కోరుకుంటాయి’ ఎందుకంటే ఇది చాలా శక్తివంతంగా అనుకూలమైన ఫలితం” అని ఎర్నెస్ట్ వివరించాడు. “అయినప్పటికీ, వారి చిరాలిటీ కారణంగా, అవి ఏర్పడే త్రిభుజాలు అంచుల వద్ద సరిగ్గా సరిపోవు మరియు కొద్దిగా ఆఫ్‌సెట్ చేయబడాలి.” ఉపరితలాన్ని సాధ్యమైనంత సమర్థవంతంగా నింపడానికి చిన్న మరియు పెద్ద త్రిభుజాలు అవసరం. ఈ అమరిక కొన్ని ప్రదేశాలలో లోపాలను కూడా సృష్టిస్తుంది – చిన్న అసమానతలు లేదా రంధ్రాలు మురికి కేంద్రంగా మారతాయి.

ఎంట్రోపీ నిర్ణయిస్తుంది

“శక్తి పరంగా లోపాలు వాస్తవానికి అననుకూలమైనవి” అని ఎర్నెస్ట్ కొనసాగుతుంది. “అయితే, ఈ సందర్భంలో, వారు త్రిభుజాల దట్టమైన అమరికను ప్రారంభిస్తారు, ఇది ‘కోల్పోయిన’ శక్తిని భర్తీ చేస్తుంది.” పరిశోధకులు ఒకే నమూనాను రెండుసార్లు ఎందుకు కనుగొనలేదో కూడా ఈ సమతుల్యత వివరిస్తుంది: అన్ని నమూనాలు వారి శక్తి వ్యయం పరంగా ఒకేలా ఉంటే, ఎంట్రోపీ నిర్ణయిస్తుంది.

“మాలిక్యులర్ ఐన్‌స్టీన్” యొక్క రహస్యం పరిష్కరించబడింది – కాని ఈ అంతర్దృష్టి మనకు ఎలా ప్రయోజనం చేకూరుస్తుంది? “అణు లేదా పరమాణు స్థాయిలో లోపాలతో ఉన్న ఉపరితలాలు ప్రత్యేకమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి” అని ఎర్నెస్ట్ వివరించాడు. “ముఖ్యంగా మనలాంటి అపెరియోడిక్ ఉపరితలం కోసం, దానిలోని ఎలక్ట్రాన్లు భిన్నంగా ప్రవర్తిస్తాయని మరియు ఇది కొత్త రకమైన భౌతిక శాస్త్రానికి దారితీస్తుందని is హించబడింది.” అయితే, దీనిని పరిశోధించడానికి, అపెరియోడిక్ అణువును వేరే ఉపరితలంపై అయస్కాంత క్షేత్రాల ప్రభావంతో అధ్యయనం చేయాల్సి ఉంటుంది. ఇటీవల పదవీ విరమణ చేసిన కార్ల్-హీన్జ్ ఎర్నెస్ట్ ఈ పనిని ఇతరులకు వదిలివేస్తున్నారు. “నాకు భౌతికశాస్త్రం పట్ల కొంచెం ఎక్కువ గౌరవం ఉంది” అని రసాయన శాస్త్రవేత్త నవ్విస్తాడు.