Chemische Reaktionsgeschwindigkeiten aus Ringpolymer-Molekulardynamik: Nullpunktenergieerhaltung in Mu + H2 → MuH + H

Ein grundlegendes Problem im Bereich der Reaktionsdynamik ist die Einbeziehung der quantenmechanischen (QM) Effekte wie Nullpunktenergie (ZPE) und Tunnelbildung in Molekulardynamik-Simulationen, insbesondere bei der Berechnung von chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten. In dieser Arbeit untersuchen wir die chemische Reaktion zwischen einem Muonium-Atom und einem Wasserstoffmolekül. Die kürzlich entwickelte Ringpolymer-Molekulardynamik (RPMD)-Technik wird verwendet, und die Ergebnisse werden mit denen anderer Methoden verglichen. Für diese Reaktion stellen die mit RPMD berechneten thermischen Geschwindigkeitskoeffizienten eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den Ergebnissen einer genauen QM-Berechnung dar. Die sehr geringen Abweichungen liegen innerhalb des Konvergenzfehlers, selbst bei sehr niedrigen Temperaturen. Diese außergewöhnlich gute Übereinstimmung kann der dominanten Rolle der ZPE in der Reaktion zugeschrieben werden, die von RPMD äußerst gut erfasst wird. Die Tunnelbildung spielt in der Reaktion nur eine untergeordnete Rolle.