Laboratorio di Spettroscopia Rotazionale e Computazionale

Laboratorio di Spettroscopia Rotazionale e Computazionale, Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”, dell’Università di Bologna, Bologna

Referente: Cristina Puzzarini

https://site.unibo.it/rotational‐computational‐spectroscopy/

L’attività di ricerca comprende aspetti teorici e sperimentali nell’ambito dell’astrochimica e spazia dal calcolo quanto‐meccanico allo stato dell’arte alla caratterizzazione sperimentale per mezzo della spettroscopia rotazionale. Possono essere individuate due principali linee di ricerca: la caratterizzazione spettroscopica di molecole prebiotiche e lo studio computazionale di percorsi di reazione che portino alla loro formazione. Entrambe le linee di ricerca sono due aspetti di un più ampio progetto di ricerca che ambisce a capire e modellizzare l'evoluzione chimica nello spazio e il ruolo quest’ultima nell'origine della vita. 

1) Spettroscopia rotazionale di specie prebiotiche

Il punto di partenza per la comprensione dell’evoluzione chimica nello spazio è la conoscenza di quali specie chimiche sono presenti. Tale informazione è fornita dalle osservazioni radioastronomiche che a loro volta si basano sulle cosiddette “impronte digitali” spettroscopiche ottenute da studi spettroscopici. La spettroscopia di rifermento è quella rotazionale.

Questa linea di ricerca riguarda l’ottenimento delle suddette “impronte digitali” spettroscopiche utilizzando spettrometri operanti nel campo delle onde millimetriche e submillimetriche (80 GHz – 1.6 THz). Lo studio sperimentale è guidato, supportato e completato da calcoli quanto meccanici allo stato dell’arte.

2) Studio di percorsi di formazione

Una volta che sono note quali specie chimiche sono presenti nelle nubi interstellari o nelle atmosfere planetarie di interesse, il passo successivo per comprendere l’evoluzione verso molecole più complesse è capire come tali specie chimiche (in particolar modo quelle di carattere prebiotico) si possano essere formate.

Questa linea di ricerca riguarda lo studio di superfici di energia potenziale reattive per la formazione delle specie di interesse per mezzo di calcoli quanto meccanici allo stato dell’arte. Una volta ottenuta l’accurata caratterizzazione termochimica, si procede a quella dal punto di vista cinetico.

Le linee di ricerca sono condotte in stretta collaborazione con la Scuola Normale Superiore (gruppo del prof. Vincenzo Barone) nell’ambito del Centro Interuniversitario STAR (Systems and Theories for Astrochemical Research) e del dottorato in Astrochimica.  

The research activity includes theoretical and experimental aspects in the field of astrochemistry and ranges from state-of-the-art quantum-mechanical calculation to experimental characterization by means of rotational spectroscopy. Two main lines of research can be identified: the spectroscopic characterization of prebiotic molecules and the computational study of reaction pathways leading to their formation. Both lines of research are two aspects of a larger research project that aims to understand and model chemical evolution in space and its role in the origin of life.

1) Rotational spectroscopy of prebiotic species

The starting point for understanding chemical evolution in space is knowing which chemical species are present. This information is provided by radio astronomical observations which in turn are based on the so-called spectroscopic "fingerprints" obtained from spectroscopic studies. The reference spectroscopy is the rotational one.

This line of research concerns the obtaining of the aforementioned spectroscopic "fingerprints" using spectrometers operating in the millimeter and submillimeter wave range (80 GHz – 1.6 THz). The experimental study is guided, supported and completed by state-of-the-art quantum mechanical calculations.

2) Study of training courses

Once it is known which chemical species are present in the interstellar clouds or planetary atmospheres of interest, the next step in understanding the evolution towards more complex molecules is to understand how these chemical species (especially those of a prebiotic nature) can be formed.

This line of research concerns the study of reactive potential energy surfaces for the formation of the species of interest by means of state-of-the-art quantum mechanical calculations. Once the accurate thermochemical characterization has been obtained, we proceed to that from the kinetic point of view.

The lines of research are conducted in close collaboration with the Scuola Normale Superiore (prof. Vincenzo Barone's group) within the framework of the STAR Interuniversity Center (Systems and Theories for Astrochemical Research) and the PhD in Astrochemistry.