Hortenzia, Gergő
8 °C
16 °C
Index - In English In English Eng

Forradalmi szimulációért járt a kémiai Nobel

2013.10.09. 12:29
Az összetett kémiai folyamatok számítógépes modellezésében végzett úttörő munkájukért a Svéd Királyi Tudományos Akadémia Martin Karplusnak, Michael Levittnek és Arieh Warshelnek adta a 2013-as kémiai Nobel-díjat.

A Svéd Királyi Akadémia a héten osztja ki a Nobel-díjakat, ami a tudományos élet legrangosabb elismerése. Az orvostudományi és a fizikai díjak után ma délelőtt kihirdették a kémiai Nobel-díj nyerteseit is: ezt három kutató kapta, akik a kémiai folyamatok számítógépes modellezésének megalapítói voltak.

A díjazottak:

  • Martin Karplus, amerikai–osztrák állampolgár, Bécsben született 1930-ban. 1953-ban szerzett doktori címet a California Insitute of Technologyn, majd a franciaországi Strasbourg Egyetem professzora lett.
  • Michael Levitt, amerikai–angol állampolgár, 1947-ben született a dél-afrikai Pretorián. 1971-ben diplomázott a Cambridge Egyetemen, majd a kaliforniai Stanford Orvosi Egyetem rákkutatással foglalkozó tanszékén dolgozott.
  • Arieh Warshel, izraeli–amerikai állampolgár, 1940-ben született az izraeli Sde-Nahum kibucban. A Weizmann Tudományintézetben szerzett doktorátust 1969-ben. Ma a Dél-Kaliforniai Egyetem professzora.

Gömbök és pálcikák helyett processzorok

A kémikusok korábban műanyag pálcikákkal és gömbökkel modellezték a molekulák felépítését. Hogy ez mára megváltozott, az részben Karplusnak, Levittnek és Warshelnek köszönhető: az 1970-es években ők fektették le azoknak a nagy teljesítményű számítógépes programoknak az alapjait, amiket ma az összetett kémiai folyamatok modellezésére használnak. A számítógépes modellezés azóta megkerülhetetlen a modern vegytanban, a kémia terén elért áttörések nagy része enélkül nem jöhettek volna létre.

A pontos modellezés igen fontos, de bonyolult folyamat. A kémiai reakciók sokszor villámgyorsak: az elektronok egy ezredmásodperc töredéke alatt ugranak egyik atommagról a másikra. A hagyományos eszközökkel lehetetlen volt ezekkel lépés tartani, így nem lehetett megfigyelni az összetettebb kémiai folyamatokat. A számítógépes modellekkel ezek feltérképezhetővé váltak; ennek köszönhetően ismerjük, hogy a katalizátor hogy szűri meg a kipufogógázt, vagy azt, hogy miként zajlik a fotoszintézis a zöld levelekben.

Kvantum is, Newton is

Hasonló okokból kapott Nobel-díjat 1998-ban John Pople és Walter Kohn; ők a kémiai reakciók megmagyarázását és előrejelzését segítették elő a kémiai kutatások több területén. Karplus, Levitt és Warshel munkája azért jelentős, mert ők fejlesztették ki azt az eljárást, amivel a newtoni és a kvantummechanikai megközelítés kombinációjára épülő, bonyolultabb folyamatok is modellezhetők.

A kutatók elérték, hogy ez a két elmélet szimultán használható legyen, míg korábban a kémikusoknak el kellett döntenie, hogy melyiket választják. A klasszikus fizika nagy előnye, hogy megkönnyítette a számításokat, így nagy molekulákat is modellezni lehetett, de a kémiai reakciók szimulációjára alkalmatlan volt. A kémikusok ezért inkább a kvantumfizika felé fordultak, de a nagyobb molekulák modellezéséhez hatalmas számítási teljesítményre volt szükség.

A Nobel-díjas kémikusoknak sikerült elérniük, hogy a módszereiket a newtoni és a kvantumfizikát előnyben részesítő kutatók is használhatták. Az eljárással például az is szimulálható, hogy egy gyógyszer hogyan kapcsolódik a fehérjéhez a szervezetben. Ilyenkor a számítógép elvégzi a kvantumelméleti számításokat, és elemzi, hogy a fehérjében található atomok milyen reakcióba lépnek a gyógyszerrel. A további számításokat a rendszer már a kevésbé erőforrás-igényes klasszikus fizika szabályai szerint végzi el.

A három díjazott kutató eredményei megkérdőjelezhetetlenek: mára a számítógépes szimuláció a vegytani tudományok megkerülhetetlen része.