I beregningskjemi bruker vi de kraftigste datamaskinene som finnes til å studere hvordan atomer danner molekyler og materialer, hvordan disse molekylene og materialene reagerer med hverandre og hvordan de påvirkes av stråling. Vi gjør dette ved å løse de kvantemekaniske ligninger som beskriver hvordan elektroner og kjerner oppfører seg.

10 år med god kjemi

Vårt senter har gjennom sine ti år levert forskning på det absolutte toppnivå.

I disse dager samles mer enn 70 nåværende og tidligere forskere ved Senter for teoretisk og beregningsbasert kjemi (Centre for Theoretical and Computational Chemistry, CTCC) i Tromsø til et avslutningsmøte. CTCC har gjennom ti år vært et Senter for fremragende forskning (SFF), delt mellom Universitetet i Tromsø – Norges arktiske universitet og Universitetet i Oslo. SFFer er blant de mest prestisjetunge forskningsprosjekter som finansieres av Norges forskningsråd (NFR). Det finnes kun 21 SFFer i hele Norge.

I beregningskjemi bruker vi de kraftigste datamaskinene som finnes til å studere hvordan atomer danner molekyler og materialer, hvordan disse molekylene og materialene reagerer med hverandre og hvordan de påvirkes av stråling. Vi gjør dette ved å løse de kvantemekaniske ligninger som beskriver hvordan elektroner og kjerner oppfører seg.

Vi studerer dermed fysikk, kjemi og biologi in silico, dvs. på en datamaskin.

Kvantemekaniske beregninger eller simuleringer er i dag blitt så raske og så nøyaktige at de ofte brukes på lik linje med eksperimentelle undersøkelser. Ved hjelp av simuleringer kan eksperimentelle observasjoner lettere tolkes og nye eksperimenter kan designes. Biologiske virkestoffer kan først designes på en datamaskin for deretter å lages og testes i et laboratorium, og vi kan studere kjemi under betingelser som det er vanskelig eller umulig å skape i laboratorier.

Fra det minste til det største

Ved CTCC har vi oppdaget helt nye måter som atomer kan bindes sammen på. Disse nye kjemiske bindingene kan kun forekomme når magnetiske krefter er like sterke som elektrostatiske krefter, noe som kun skjer i magnetfelt som er 1000-10000 ganger så sterke som de vi finner på jorden. Slike magnetfelt finnes i atmosfæren av stjerner som kalles magnetiske hvite dverger. Det arbeides nå for å kunne observere molekyler på slike stjerner. Muligens kan magnetiske bindinger også eksistere i krystallurenheter her på jorden og det letes i dag etter dette.

De metodene vi utvikler kan også brukes til å forstå menneskekroppen. Det har eksempelvis lenge vært kjent at mennesket kan se varmestråling (infrarød stråling) hvis denne er intens nok. Vanlig syn oppstår ved at øyet tar opp ett foton (lyspartikkel) av gangen. Energien i hvert enkelt foton gjøres deretter om til et nervesignal som sendes til hjernen. Ved CTCC har vi vist at infrarødt syn oppstår når øyet isteden absorberer to fotoner av gangen. Fordi to ”infrarøde” fotoner har like mye energi som ett ”synlig” foton, så generer disse et nervesignal som hjernen tolker som vanlig lys.

Som et siste eksempel har CTCC bidratt til å forstå hvordan kroppens egne katalysatorer, enzymene, virker i organismer under kalde forhold. Hvordan kan biologiske prosesser skje raskt nok under kalde forhold hvor det er langt mindre energi tilgjengelig i form av varme? Våre simuleringer har bidratt til oppklaringen av dette fenomenet og dermed til forståelsen av hvordan liv kan opprettholdes i de kalde farvannene her i Nord-Norge.

Disse eksemplene illustrerer hvordan vårt verktøysett — kvantemekaniske simuleringer av elektroner og kjerner — kan brukes på alt fra stjerner millioner av lysår unna til kroppens minste byggesteiner.

Topp vitenskapelig kvalitet

Vårt senter har gjennom sine ti år levert forskning på det absolutte toppnivå. Senteret har publisert rundt 800 vitenskapelige artikler. Disse artiklene har på sin side vært viktige bidrag til mer enn 12 000 andre vitenskapelig arbeider.

Alle de tre forskningsstipendene fra det prestisjetunge Europeiske Forskningsråd (ERC) som har gått til kjemimiljøet i Norge har gått til forskere ved CTCC. Fire av fem unge forskertalent-prosjekter som Norges Forskningsråd har gitt kjemifaget har gått til unge, dyktige forskere ved senteret vårt. Vår virksomhet har ført til en langsiktig satsing på beregningskjemi ved UiT og UiO gjennom ansettelse av unge, dyktige og ambisiøse forskere.

Veien videre

Den faglige styrken og de strategiske ansettelsene som ble gjort mens CTCC var i drift, gjorde det mulig for oss å levere inn en søknad om en ny SFF. I februar i år fikk vi den gledelige meldingen om at denne var blitt innvilget. Det nye Hylleraas senteret får en bevilgning fra NFR på 146 millioner kroner over en tiårsperiode.

Hylleraas-senteret er oppkalt etter den store norske fysikeren Egil Hylleraas, som på 1920-tallet viste at kvantemekanikkens lover også er gyldige for atomer med mer enn ett elektron.

Hylleraas-senteret er ett av kun tre SFFer som til nå har fått fornyet tillit til 10 nye år under samme faglige ledelse — en tillitserklærings vi skal gjøre vårt ytterste for å vise oss verdig til.

I Hylleraas-senteret dreies mye av vår virksomhet mot modellering av molekyler i sterke elektromagnetiske felt og stråling, motivert av enorme investeringer i nye eksperimentelle fasiliteter de siste årene. Her vil helt ny kjemi kunne observeres og for å forstå denne vil modellering være av uvurderlig betydning. Fremtiden ser bokstavelig talt lys ut for ti nye år med fremragende kjemi.

Lik Nordnorsk Debatt på Facebook

Annonse
Her er du velkommen til å debattere saken videre. Men tenk gjennom hvordan du vil framstå og hvilke uttrykk du bruker. En liten huskeregel: Ikke skriv noe som du ikke kunne ha ropt ut på torget med mange tilhørere. Du må bruke fullt navn - falske profiler blir utestengt. Hold deg til saken, vis respekt og stor raushet overfor andre. Trakassering, trusler og hatske meldinger slettes.

Med vennlig hilsen Guttorm Pedersen, debattredigerer

Annonse