Joel Mark Bowman es un educador y químico físico estadounidense. Es profesor Samuel Candler Dobbs de Química Teórica en la Universidad Emory . [1]
Bowman es autor o coautor de más de 600 publicaciones y es miembro de la Academia Internacional de Ciencias Moleculares Cuánticas . Recibió la medalla Herschbach. [2] Es miembro de la Sociedad Estadounidense de Física [3] y de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . [1]
Sus intereses de investigación están en las teorías básicas de la reactividad química. [1] Su compañero de AAAS lo citó "por sus distinguidas contribuciones a los enfoques cuánticos de dimensionalidad reducida para las velocidades de reacción y a la formulación y aplicación de enfoques de campo autoconsistentes a las vibraciones moleculares". [1]
Bowman es bien conocido por sus contribuciones en la simulación de superficies de energía potencial para moléculas y grupos poliatómicos. Se han simulado aproximadamente cincuenta superficies de energía potencial para moléculas y grupos empleando su método polinomial permutacionalmente invariante. [4]
La simulación de superficies de energía potencial (PES) para sistemas reactivos y no reactivos es de amplia utilidad en química teórica y computacional. El desarrollo de PES globales, o superficies que abarquen una amplia gama de coordenadas nucleares, es particularmente necesario para determinadas aplicaciones, incluidas la dinámica molecular y las simulaciones de Monte Carlo y los cálculos de dispersión reactiva cuántica .
En lugar de utilizar todas las distancias internucleares, los químicos teóricos suelen analizar las ecuaciones de los PES utilizando un conjunto de coordenadas internas. Para sistemas que contienen más de cuatro átomos, el recuento de distancias internucleares se desvía de la ecuación 3 N −6 (que representa los grados de libertad en un espacio tridimensional para una molécula no lineal con N átomos). [5] [6] Como ejemplo, Collins y su equipo desarrollaron un método que emplea diferentes conjuntos de coordenadas internas 3 N −6, que aplicaron para analizar la reacción H + CH 4 . Abordaron la simetría permutacional replicando datos de permutaciones de los átomos de H. [7] En contraste con este enfoque, el método PIP utiliza el método de mínimos cuadrados lineales para hacer coincidir con precisión decenas de miles de energías electrónicas para sistemas reactivos y no reactivos matemáticamente.
Generalmente, las funciones utilizadas para ajustar superficies de energía potencial a datos experimentales y/o de teoría de estructuras electrónicas se basan en la elección de coordenadas. La mayoría de las coordenadas elegidas son tramos de enlace, valencia y ángulos diédricos, u otras coordenadas curvilíneas como las coordenadas de Jacobi o coordenadas poliesféricas. [ cita necesaria ] Cada una de estas opciones tiene ventajas. [4] En el enfoque PIP, se utilizan las distancias internucleares N(N − 1)/2. Este número de variables es igual a 3N −6 (o 3N − 5 = 1 para moléculas diatómicas ) para N = 3, 4 y difiere para N ≥ 5. Por lo tanto, N = 5 es un límite importante que afecta la elección de coordenadas. Una ventaja de emplear este conjunto de variables es su cierre inherente bajo todas las permutaciones de átomos. Esto implica que, independientemente del orden en que se permutan los átomos, el conjunto resultante de variables permanece sin cambios. Sin embargo, el enfoque principal se centra en las permutaciones que involucran átomos idénticos, ya que el PES debe ser invariante bajo tales transformaciones. [4]
PIP que utiliza variables Morse de la forma , donde es la distancia entre átomos y y es un parámetro de rango) ofrece un método para caracterizar matemáticamente PES de alta dimensión. Al fijar el parámetro de rango en la variable Morse, el PES se puede determinar mediante un ajuste lineal de mínimos cuadrados de energías electrónicas calculadas para el sistema en diversas disposiciones estructurales. La adopción de una base de ajuste permutacionalmente invariante, ya sea en forma de todas las distancias internucleares o de variables transformadas como las variables Morse, facilita la consecución de ajustes precisos para moléculas y grupos. [8]
