trekroppsinteraktioner

Trekroppsinteraktioner avser interaktioner som uppstår mellan tre partiklar där effekten inte kan beskrivas som summan av parvisa krafter. Sådana interaktioner är relevanta inom flera ämnesområden, bland annat molekylär fysik och kemi, materialvetenskap och gravitationsdynamik.

Inom molekylära system används ofta en many-body-expansion där den totala energin kan skrivas som E = ∑ V2(i,j) + ∑ V3(i,j,k) + …, där V3 representerar tre-kropps-termen. Det innebär att icke-additiva krafter mellan tre partiklar kan påverka strukturen och dynamiken i molekylkluster, vätskor och fasta ämnen. Ett välkänt exempel är Axilrod–Teller–Mulay-term som beskriver icke-additiva dispersionkrafter mellan tre atomer. Sådana termer kan vara avgörande för noggrannare modeller av vätsketillstånd, bindningar och reaktionsdynamik.

Inom gravitationsdynamik kallas problem med tre kroppar för tre-kroppsproblemet; det saknas en generell analytisk lösning och beteendet kan vara kaotiskt. Det finns särskilda konfigurationer, som Lagrange-triangeln, där exakta lösningar uppträder, men generellt krävs numerisk integration eller perturbationstekniker.

I kärnfysik och materialvetenskap används tre-kroppsinteraktioner för att förbättra potentialer som beskriver bindningar och egenskaper hos kärnområden eller fasta material. Dessa termer kan vara avgörande för att uppnå överensstämmelse med experimentella data och med högre noggrannhet än parvisa interaktioner.

Metoder för beräkning inkluderar ab initio-kalkyler, täta dippar i DFT med icke-additiva korrigeringar samt användning av force fields som explicit inkluderar tre-kropps-termer, till exempel AMOEBA, Stillinger–Weber och Tersoff.