Відкрито квантово-механічні фокуси фотосинтезу.
Квантову механіку у дії виявили усередині клітин морських водоростей Грегорі Шолс (Gregory Scholes) та його колеги з університету Торонто. Примітно, що ефективне перенаправлення енергії відбувалося у процесі фотосинтезу та за нормальної температури.
Вчені досліджували водоростіChroomonas CCMP270, вони хотіли з'ясувати, як функціонують молекули, залучені до процесу фотосинтезу. Відомо, що рослини використовують сонячне світло для того, щоб перетворити воду і вуглекислий газ на кисень і цукор.
У клітинах рослин знаходяться білки, які відіграють роль антен, що перенаправляють поглинену енергію фотонів до реакційних центрів, де відбувається процес конвертації речовин. Однак про роботу цих антен було відомо дуже мало.
Антени мають вісім молекул пігментів, кожен з яких поглинає світло певної частини спектру. Енергія проходить через антени ефективно - найкоротшим шляхом (раніше біологи про це тільки здогадувалися). Проте за законами класичної фізики поширення енергії має бути безладним.
Для того щоб прояснити ситуацію і поповнити скарбничку знань, Шолс та його соратники направили на білки антен короткі слабкі лазерні імпульси та досліджували перерозподіл енергії усередині клітин водоростей. "Таким чином ми імітували поглинання світла", - говорить Грегорі в прес-релізі університету.
Дослідники задіяли лише два з восьми пігментів, проте електрони всіх цих молекул перейшли в квантову суперпозицію збуджених станів і протрималися в цьому положенні цілих 400 фемтосекунд. Цього часу достатньо, щоб енергія поглиненого фотона одночасно «обійшла» всі можливі шляхи через антену. Після того, як суперпозиція «розпадалася», енергіявибирала найкоротший шлях та перепрямувала до реакційного центру без втрат.
Енджел наводить таку аналогію: антена ніби робить квантове числення, щоб визначити, яким шляхом енергію перенаправляти вигідніше. До речі, нещодавно вчений Чикаго повторив свої експерименти і «підняв» температуру до 4 °C. Тоді когерентний стан протримався 300 фемтосекунд.
Залишилося з'ясувати, як молекули пігменту роблять ці фокуси (а саме - як їм вдається так довго перебувати в квантовій суперпозиції за таких високих температур). Можливо, річ у структурі білків антен. Якщо вчені розберуться у питанні остаточно, їм, можливо, вдасться створити штучний аналог біологічної квантової системи. А це в свою чергу означає, що можна буде виготовити, наприклад, ефективніші сонячні батареї.
Дізнайтеся також про пропозицію ввести в суперпозицію двох квантових станів вірус та досліди щодо перетворення в квантову систему електричного ланцюга. І почитайте про загадку чотирьох атомів марганцю.