Kvanteffekter observeret ved fotosyntese

Molekyler, der er involveret i fotosyntese, udviser de samme kvanteeffekter som ikke-levende stof, afslutter et internationalt team af forskere, herunder University of Groningen teoretiske fysiker Thomas la Cour Jansen. Det er første gang, at kvantemekanisk adfærd har vist sig at eksistere i biologiske systemer, der er involveret i fotosyntese. Fortolkningen af ​​disse kvanteeffekter i fotosyntesen kan hjælpe med udviklingen af ​​naturinspirerede lyshøstingsanordninger. Resultaterne blev offentliggjort i Naturkemi den 21. maj.

I flere år nu, der har været en debat om kvanteeffekter i biologiske systemer. Grundtanken er, at elektroner kan være i to tilstande på én gang, indtil de observeres. Dette kan sammenlignes med tankeeksperimentet kendt som Schrödingers kat. Katten er låst i en kasse med et hætteglas med et giftigt stof. Hvis hætteglassets hætte er låst med et kvantesystem, den kan samtidig være åben eller lukket, så katten er i en blanding af staterne "døde" og "levende, "indtil vi åbner kassen og observerer systemet. Dette er netop elektronernes tilsyneladende adfærd.

Vibrationer

I tidligere forskning, forskere havde allerede fundet signaler, der tyder på, at lyshøstmolekyler i bakterier kan ophidses i to tilstande samtidigt. I sig selv beviste dette inddragelsen af ​​kvantemekaniske effekter, dog i disse forsøg, den ophidsede tilstand angiveligt varede mere end 1 picosekund (0,000 000 000 001 sekund). Dette er meget længere, end man ville forvente på grundlag af kvantemekanisk teori.

Jansen og hans kolleger viser i deres publikation, at denne tidligere observation er forkert. "Vi har vist, at de kvanteeffekter, de rapporterede, simpelthen var regelmæssige vibrationer af molekylerne." Derfor, holdet fortsatte søgningen. "Vi spekulerede på, om vi måske kunne observere den Schrödinger -katsituation."

Superposition

De brugte forskellige polarisationer af lys til at udføre målinger i lyshøstende grønne svovlbakterier. Bakterierne har et fotosyntetisk kompleks, består af syv lysfølsomme molekyler. En foton vil ophidse to af disse molekyler, men energien er overlejret på begge. Så ligesom katten er død eller i live, det ene eller det andet molekyle exciteres af foton. "I tilfælde af en sådan superposition, spektroskopi skal vise et specifikt oscillerende signal, ”forklarer Jansen.” Og det var faktisk det, vi så. Desuden, vi fandt kvanteeffekter, der varede præcis så længe, ​​som man kunne forvente baseret på teori og beviste, at disse tilhører energi, der er overlejret på to molekyler samtidigt. "Jansen konkluderer, at biologiske systemer udviser de samme kvanteeffekter som ikke-biologiske systemer.

Observationsteknikkerne udviklet til dette forskningsprojekt kan anvendes på forskellige systemer, både biologiske og ikke-biologiske. Jansen er glad for resultaterne. "Dette er en interessant observation for alle, der er interesseret i kvantemekanikkens fascinerende verden. Desuden, resultaterne kan spille en rolle i udviklingen af ​​nye systemer, såsom lagring af solenergi eller udvikling af kvantecomputere. "