Химики МГУ разработали метод машинного обучения для моделирования фотохимических реакций, то есть превращений молекул под действием света. По словам авторов, метод работает в тысячи раз быстрее аналогов и при этом точнее их. Работа опубликована в Journal of Chemical Physics при поддержке РНФ.
Такие реакции лежат в основе зрения и фотосинтеза. В светочувствительных белках их запускают хромофоры: группы атомов, которые улавливают свет и перестраивают структуру молекулы. Предсказать, что произойдёт с молекулой после вспышки, сложно. Точные квантовохимические расчёты требуют огромных вычислительных мощностей и могут занимать месяцы.
Проверяли метод на катионе метаниминия. Этот небольшой ион повторяет ключевой фрагмент хромофора зрительного белка и входит в число важнейших компонентов атмосферы Титана, спутника Сатурна. По данным авторов, им впервые удалось полностью картировать все возможные пути его распада. После поглощения света молекула за квадриллионные доли секунды сменяет два разных состояния и распадается по семи конкурирующим каналам. Среди них разрыв связи между углеродом и азотом и отщепление одного или двух атомов водорода.
Кроме того, авторы создали математическую модель, которая по общей картине процесса определяет, сколько живёт каждое состояние и как быстро идёт каждый канал распада.
По словам разработчиков, метод позволяет за секунды предсказывать продукты сверхбыстрых фотохимических реакций без дорогостоящего оборудования. Если знать, по каким путям распадается молекула, можно целенаправленно менять её структуру: подавлять нежелательные реакции и усиливать полезные. Это важно для создания фоточувствительных материалов, например для солнечных батарей и катализаторов, а также для изучения механизмов зрения и фотосинтеза.
Пока это вычислительный эксперимент на одной небольшой молекуле.
