相対論的に動くキラル分子の循環二色性

キラル分子の光学反応に対する相対論的動きの影響を理解することは、基本的な科学にとって主要な課題ですが、地球外生活の検索には直接的な実用的な関連性もあります。これらの重要な開発に貢献するために、量子化学の計算とフル波光シミュレーションを組み合わせて、相対論的速度で移動する分子からのキラルな光学反応を予測するマルチスケールの計算フレームワークについて説明します。具体的には、3つの生命本質的な生体分子、すなわちB-DNA、クロロフィルA、およびクロロフィルBの伝達円二色性（TCD）に対する相対論的運動の効果を調査します。星間キラル分子を検出するための以前の実験に触発されて、分子が静止観測者と光源の間を移動すると仮定し、分子の速度の関数として回転平均TCDを研究します。分子のシグネチャは、速度が短い波長に増加するとシフトし、中程度の速度のために影響がすでに表示されます。

Understanding the impact of the relativistic motion of a chiral molecule on its optical response is a prime challenge for fundamental science, but it also has a direct practical relevance in our search for extraterrestrial life. To contribute to these significant developments, we describe a multi-scale computational framework that combines quantum chemistry calculations and full-wave optical simulations to predict the chiral optical response from molecules moving at relativistic speeds. Specifically, the effect of a relativistic motion on the transmission circular dichroism (TCD) of three life-essential biomolecules, namely, B-DNA, chlorophyll a, and chlorophyll b, is investigated. Inspired by previous experiments to detect interstellar chiral molecules, we assume that the molecules move between a stationary observer and a light source, and we study the rotationally averaged TCD as a function of the speed of the molecule.We find that the TCD spectrum that contains the signatures of the molecules shifts with increasing speed to shorter wavelengths, with the effects already being visible for moderate velocities.