Skinner lys over uordenede og fraktalsystemer

Et forskergruppe ved University of Tsukuba bruger terahertz-frekvenslys til at undersøge usædvanlige adfærd hos uordnede systemer for at opdage, at de anonymt store vibrationer i lysozym kan forklares ved dets glasagtige og fraktale karakter

Tsukuba, Japan - Forskere under ledelse af University of Tsukuba studerede vibrationstilstande for et iboende protein for at forstå dets unormalt stærke respons ved lave frekvenser. Dette arbejde kan føre til forbedringer af vores viden om materialer, der mangler rækkefølge på lang rækkevidde, som kan påvirke industriel glasfremstilling.

Glasagtige materialer har mange overraskende egenskaber. Ikke helt et fast stof eller en væske, glas er lavet af atomer, der er frosset i et uordentligt, ikke-krystallinsk tilstand. For over et århundrede siden, fysiker Peter Debye foreslog en formel til forståelse af de faste vibrationsmåder for faste stoffer. Selvom det for det meste var en succes, denne teori forklarer ikke de overraskende universelle vibrationer, der kan ophidses i uordnede materialer - som glas - ved elektromagnetisk stråling i terahertz -området. Denne afvigelse er set ofte nok til at få sit eget navn, "bosontoppen, "men dens oprindelse er stadig uklar.

Nu, forskere ved University of Tsukuba har gennemført en række eksperimenter for at undersøge fysikken bag bosontoppen ved hjælp af proteinet lysozym.

"Dette protein har en iboende forstyrret og fraktal struktur, "første forfatter til undersøgelsen siger professor Tatsuya Mori." Vi mener, at det er fornuftigt at betragte hele systemet som et enkelt supramolekyle. "

Fraktaler, som er matematiske strukturer, der udviser selv-lighed over en lang række skalaer, er almindelige i naturen. Tænk på træer:de ligner hinanden, uanset om du zoomer ud for at se på grenene, samt når du kommer tæt på for at inspicere kviste. Fraktaler har den overraskende evne til at beskrives ved et ikke-heltal antal dimensioner. Det er, et objekt med en fraktal dimension på 1,5 er halvvejs mellem et todimensionalt og et tredimensionelt objekt, hvilket betyder, at dens masse stiger med sin størrelse til 1,5 effekt.

På grundlag af resultaterne af terahertz -spektroskopi, massefraktaldimensionen af ​​lysozymmolekylerne viste sig at være omkring 2,75. Denne værdi blev også bestemt til at være relateret til materialets absorptionskoefficient.

"Resultaterne tyder på, at de fraktale egenskaber stammer fra selvligheden af ​​strukturen af ​​aminosyrerne i lysozymproteinerne, "Professor Mori siger." Denne forskning kan indeholde nøglen til at løse et mangeårigt puslespil om uordnede og fraktale materialer, hvilket kan føre til mere effektiv produktion af glas- eller fraktalkonstruktioner. "

Værket er udgivet i Fysisk gennemgang E som "Påvisning af bosontoppe og fraktaldynamik i uordnede systemer ved hjælp af terahertz -spektroskopi."