Щепотка соли падает в воду, и ионы натрия с хлором разбегаются в стороны, окружённые молекулами воды. А теперь вместо иона в молекулярную компанию попадает позитрон — античастица, близнец электрона, только с плюсом вместо минуса. В новой работе физики просчитали, как такой «гость» прилипает к кольцевым молекулам из пяти атомов — тем, где в кольце сидят азот, кислород, сера или группа NH.
Расчёт вели на уровне многих тел: позитрон не просто чувствует заряд ядер. Он возмущает всё электронное облако, как камешек — гладь пруда. Вокруг него на миг сгущается отрицательный заряд, а иногда даже рождается виртуальный позитроний — связанная пара электрона и позитрона, существующая лишь мгновение. Всё это учтено в уравнениях, которые решали с помощью программы EXCITON+. Она раскладывает волны частиц по гауссовым орбиталям — математическим «линзам», фокусирующим расчёт.
Что же выяснилось? Позитрон не размазан равномерно по кольцу, а прижимается к одному-двум атомам, как путник, выбирающий место у костра. Азот для него — самое тёплое место, за ним следуют сера, кислород и NH-группа. Причём важны не только сами атомы, но и то, как в кольце чередуются двойные связи — их электронные облака тоже манят позитрон. Эти предпочтения удалось разложить по вкладам отдельных молекулярных орбиталей, словно оценивая, какая струна в оркестре громче всего звучит для нашего слушателя.
Такой детальный портрет позитронной связи — не просто академический интерес. Понимание того, как античастицы цепляются за молекулы, пригодится в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), где вспышки аннигиляции рисуют карту тела. А ещё — в создании новых материалов, где позитрон может работать зондом, подсвечивая дефекты кристаллической решётки, как фонарик — трещины в стене.
Позитрон, прилипая к молекуле, может изменить её форму сильнее, чем лишний электрон, потому что его положительный заряд тянет электронное облако на себя, как магнит — железные опилки.