Молекулы под контролем: как физики раскрыли тайны электронов в лекарствах будущего

Ученые из Московского физико-технического института представили новый математический подход, способный изменить представления о поведении сложных молекул в сильных электрических полях. Разработка команды под руководством профессора Олега Толстихина и исследователя Кирилла Базарова касается туннельной ионизации — квантового явления, при котором электроны покидают молекулу под воздействием мощного внешнего поля. В Центре научной коммуникации МФТИ сообщили, что новая методика уже доказала свою эффективность: она позволяет с высокой точностью проводить расчеты, которые ранее требовали чрезмерных вычислительных ресурсов.

Основа предложенного подхода — функция Грина, используемая для точного описания квантовых процессов. С ее помощью ученым удалось смоделировать поведение электронов в молекулах воды, бензола и лейцина — важной аминокислоты. Во время анализа исследователи выявили неожиданные эффекты, включая резкие изменения молекулярных орбиталей при достижении определенного порога электрического поля. Такие переходы ранее не удавалось зафиксировать с должной точностью. Кроме того, расчеты показали аномалии в траекториях движения электронов, что, по словам специалистов, может использоваться для определения геометрической структуры молекул.

Особое внимание вызвало обнаружение так называемых "вихревых электронов". Эти частицы описывают сложные траектории при ионизации, и, как отметил профессор Толстихин, их поведение связано с хиральностью молекул — то есть с возможностью существования их зеркальных форм. Именно такие молекулы часто отличаются по биологическому действию, хотя химически идентичны. Эта особенность критична при разработке новых лекарств, так как один из изомеров может быть эффективным, а другой — токсичным.

Исследование может стать основой для ускоренного анализа структуры веществ, особенно в фармакологии, где точность имеет решающее значение. Возможность быстро и точно моделировать квантовые процессы открывает новые горизонты в создании безопасных и действенных препаратов. Российская научная школа в очередной раз доказала свою способность не просто следовать мировым тенденциям, но и формировать новые стандарты в теоретической физике и прикладной химии.