Nya beräkningsmetoder för Monte Carlo-simuleringar

Datorsimuleringar har blivit ett oundgängligt verktyg för att studera komplicerade system i många olika forskningsfält, från försvarsteknologi till medicinska tillämpningar och socialvetenskap. Alexey Siretskiy har i sin avhandling hittat nya beräkningsmetoder för Monte Carlo-simuleringar för jämviktsstrukturer av makromolekyler som har en inbyggt styvhet, såsom DNA.

Utförda i en ”virtuell verklighet” kan datorsimuleringar möjliggöra för oss att undersöka olika parametrars påverkan på ett system oberoende av varandra, vilket är svårt att åstadkomma ett i laboratorium. Till exempel, kan man i ett datorexperiment arbeta med tryck på 10 000 bar eller ”stänga av” gravitationen.

I polymerfysik används framförallt två metoder, molekyldynamiksimuleringar och Monte Carlo-simuleringar, för att undersöka dynamiken respektive jämviktsegenskaper hos ett system.  Detaljnivån, på vilken man kan studera egenskaperna hos olika makromolekyler, såsom DNA, beror också på vilken modell man använder för att beskriva sin polymer. En mera detaljerad modell möjliggör att mera information kan erhållas från simuleringarna. Å andra sidan kräver mera detaljerade modeller i regel även mer datortid och det kan också vara så att man är intresserad av egenskaper där detaljer på atomär nivå inte är det primära utan snarare egenskaper på större längdskalor och tidsskalor.

Alexey Siretskiys avhandling handlar om att hitta nya beräkningsmetoder för Monte Carlo-simuleringar för jämviktsstrukturer av makromolekyler som har en inbyggt styvhet, såsom DNA, både för utsträckta och mer kompakta konformationer. I arbetet visar han hur man kan sampla konfigurationer från mycket kompakta, toroidala strukturer till en nästan utsträckt makromolekyl i en enda simulering. Algoritmerna som används för att generera olika strukturer, kan enkelt tillämpas på problemet att undersöka stabiliteten hos olika konformationer.

- Jag har till exempel kunnat ange en procedur för att bestämma laddningsfördelningen längs en polymerkedja med både positiva och negativa laddningar (en polyamfolyt), så att en given struktur blir termodynamiskt stabil, säger Alexey Siretskiy.

För mer information, kontakta Alexey Siretskiy, tel: 073-956 65 98, e-post: alexey.siretskiy@fki.uu.se (pratar engelska)

Läs mer om avhandlingen.