Des chercheurs de l'Université Simon Fraser ont découvert de nouvelles façons de comprendre et de guider les réactions chimiques. Les résultats de leur approche interdisciplinaire ont été publiés dans Physical Review Letters.
Bien que les réactions chimiques puissent être très complexes, elles suivent souvent une série d'étapes élémentaires dans leur déroulement. Dans leurs travaux, Miranda Louwerse, étudiante au doctorat en chimie à l'Université Simon Fraser, et David Sivak, professeur de physique, ont découvert que l'information fournie par une coordonnée de réaction sur la façon dont la réaction progresse est précisément égale à la dissipation de cette coordonnée.
Leurs résultats indiquent un lien profond entre deux domaines de la physique auparavant distincts : la thermodynamique stochastique, qui décrit les changements d'énergie et d'information, et la théorie des chemins de transition, qui détaille les mécanismes de réaction.
La découverte d'un lien entre ces deux domaines a permis aux deux chercheurs de créer un cadre pour quantifier les informations sur une réaction contenues dans la dynamique des systèmes, ce qui permet de comprendre physiquement ce que signifie la pertinence d'une dynamique particulière pour cette réaction.
Cette compréhension est particulièrement utile pour aider les chercheurs à naviguer dans des ensembles de données massifs.
Les chercheurs notent que les progrès de l'informatique facilitent plus que jamais la simulation de systèmes complexes et de réactions chimiques, mais qu'en même temps que des informations utiles, ces simulations peuvent produire d'énormes quantités de données parasites. Ce cadre peut aider les chercheurs à séparer le signal du bruit, leur permettant de suivre exactement le déroulement d'une réaction.
À l'avenir, cela aidera les chercheurs et les ingénieurs à mieux identifier les goulets d'étranglement dans la production de produits chimiques, facilitant ainsi la conception d'interventions qui permettront de mieux contrôler les réactions.
Grâce à une conception guidée, ils seront en mesure de produire des produits chimiques plus rapidement, à moindre coût et avec moins de déchets. Elle peut également permettre une compréhension plus approfondie du fonctionnement des médicaments dans l'organisme, en suggérant des pistes pour la mise au point de médicaments aux effets secondaires moins nocifs.
Ces connaissances ouvrent également des perspectives intéressantes pour une meilleure communication entre les disciplines. L'établissement de l'équivalence fondamentale entre des concepts de base dans des domaines distincts aide les théoriciens à appliquer les théories établies d'un domaine à l'autre. Cela ouvre des possibilités d'adapter les méthodes de mesure de la dissipation d'énergie pour identifier les mécanismes de réaction, et pourrait permettre d'en savoir plus à l'avenir.
"Nous ne cherchions pas cela", déclare M. Sivak. "Nous l'avons découvert au cours de l'étude d'un autre sujet. Mais elle s'inscrit parfaitement dans notre vaste domaine de recherche, à savoir la compréhension de l'interaction entre l'énergie, l'information et la dynamique dans la fonction biologique au niveau moléculaire.
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