فیزیک کوانتومی با معادلات ریاضی پیچیده‌اش برای پیش‌بینی برهمکنش اتم‌ها با یکدیگر و محاسبه‌ی سطوح انرژی آنها، تاکنون تکنولوژی‌های زیادی را تحقق بخشیده که زندگی روزمره ما وابسته به آنهاست، از کامپیوتر و گوشی‌های هوشمند گرفته تا لیزرها و تصویر برداری رزونانس مغناطیسی. متخصصان این زمینه ادعا می‌کنند پیشرفت‌های بسیار مهم و انقلابی دیگری نیز در راه هستند. به تازگی گروهی از دانشمندان دریافته‌اند که ضرایب اصلاح در نظریه تابعی چگالی که سالها مورد استفاده قرار گرفته، به دلایل اشتباه، نتایج درستی می‌داده است! نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی PRL منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…
اتم‌ها نیز مانند انسان‌ها می‌توانند یکدیگر را جذب یا دفع کنند. آرگون، سومین گاز فراوان در جو زمین را در نظر بگیرید. این گاز واکنش‌ناپذیر کاربردهای متنوعی از محافظت اسناد تاریخی تا جلوگیری از خوردگی نوار تنگستن در برابر نور فلورسنت دارد. وقتی دو اتم آرگون دور از یکدیگر هستند، یکدیگر را جذب می‌کنند تا اینکه فاصله‌ی آنها به ۳.۵ آنگستروم برسد و بعد از آن یکدیگر را پس خواهند زد.
اما این مسئله، چیزی نیست که دانشمندان تقریباٌ دو دهه‌ی گذشته، وقتی نظریه‌ی تابعی چگالی (density-functional theory -DFT) را آزمایش کردند، متوجه شدند. این نظریه امروزه بطور گسترده برای پیش‌بینی و مدل کردن ساختار الکترونی اتم‌ها به‌کار می‌رود. اکثر انواع DFT نه جذب و نه حتی نمونه‌ی بسیار ضعیفتری از آن را پیش‌بینی نمی‌کردند. اشکال کار کجا بود؟ جاذبه‌ی بین اتم‌ها، از برهمکنش‌های پراکندگی (dispersion interactions) بین الکترون‌ها نشات می‌گیرد، به گونه‌ای که حرکت الکترون‌های یک اتم، حرکت الکترون‌های اتم جفتش را تحت تاثیر قرار می‌دهد. نظریه‌ی تابعی چگالی نمی‌تواند برای چنین حرکات همبسته‌ای در فواصل بزرگ به کار رود و این یک مشکل است. به‌خصوص در حوزه‌هایی مانند علم مواد که فیزیکدانان ممکن است بدون اینکه در آزمایشگاه ماده را بررسی کنند، ویژگی‌های جدید مانند سختی، خاصیت مغناطیسی و رسانایی گرمایی را پیش‌بینی یا طراحی کنند.
در نتیجه دانشمندان در اوایل دهه‌ی ۲۰۰۰ اقدام به توسعه‌ی ضرایب اصلاح (fudge factors) کردند تا این انرژی پراکندگی (dispersion energy) را محاسبه کنند. برخی از این روشها نتیجه‌ی خوبی دادند و به ابزار بسیار محبوبی در فیزیک و شیمی محاسباتی و علم مواد تبدیل شدند. مقاله‌های علمی که چنین روش‌هایی را ارائه کرده‌اند ده‌ها هزار بار مورد استناد سایر پژوهشگران قرار گرفته‌اند.
چیزی که اکنون دانشمندان بعد از یک سال تحلیل نشان داده‌اند، این است که تمام ضرایب اصلاح در واقع بر اساس یک فرض غلط بنا نهاده شده‌اند. نظریه‌ی تابعی چگالی می‌تواند توضیح دهد که چگونه حرکت یک الکترون می‌تواند حرکت الکترون دیگر را، زمانی که فاصله‌ی آنها در مرتبه‌ی یک آنگستروم است، تحت تاثیر قرار دهد و یا از آن تاثیر بپذیرد. روش‌های اصلاحی فرض می‌کنند که نظریه‌ی تابعی چگالی در فواصل بزرگ‌تر از یک تا حدود هفت آنگستروم، بخشی از این اثرات را بازیابی می‌کند. دانشمندان متوجه شده‌اند این کمیت (جاذبه‌ی الکترون‌ها)، ویژگی‌های مشخصه‌ی انرژی پراکندگی را ندارد و در واقع از خطاهایی که در این نظریه وجود دارد ناشی می‌شود که به پراکندگی هم مربوط نیستند. بنابراین پژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند که این ضرایب اصلاح ممکن است نتایج خوبی بدست دهند، اما به دلایل اشتباه.
