Le molecole coinvolte nella fotosintesi mostrano gli stessi effetti quantistici della materia non vivente, conclude un team internazionale di scienziati tra cui il fisico teorico dell'Università di Groningen Thomas la Cour Jansen. Questa è la prima volta che è stata dimostrata l'esistenza di un comportamento quantomeccanico in sistemi biologici coinvolti nella fotosintesi. L'interpretazione di questi effetti quantistici nella fotosintesi può aiutare nello sviluppo di dispositivi di raccolta della luce ispirati alla natura. I risultati sono stati pubblicati in Chimica della natura il 21 maggio.

Ormai da diversi anni, c'è stato un dibattito sugli effetti quantistici nei sistemi biologici. L'idea di base è che gli elettroni in possono essere in due stati contemporaneamente, finché non vengono osservati. Questo può essere paragonato all'esperimento mentale noto come Gatto di Schrödinger. Il gatto è rinchiuso in una scatola con una fiala di una sostanza tossica. Se il tappo della fiala è bloccato con un sistema quantistico, può essere contemporaneamente aperto o chiuso, quindi il gatto è in un misto degli stati "morto" e "vivo, " finché non apriamo la scatola e osserviamo il sistema. Questo è proprio il comportamento apparente degli elettroni.

Vibrazioni

In ricerche precedenti, gli scienziati avevano già trovato segnali che suggeriscono che le molecole che raccolgono la luce nei batteri possono essere eccitate in due stati contemporaneamente. Di per sé questo ha dimostrato il coinvolgimento di effetti della meccanica quantistica, tuttavia in quegli esperimenti, quello stato eccitato presumibilmente è durato più di 1 picosecondo (0.000 000 000 001 secondo). Questo è molto più lungo di quanto ci si aspetterebbe sulla base della teoria della meccanica quantistica.

Jansen e i suoi colleghi mostrano nella loro pubblicazione che questa osservazione precedente è sbagliata. "Abbiamo dimostrato che gli effetti quantistici riportati erano semplicemente vibrazioni regolari delle molecole". Perciò, la squadra ha continuato la ricerca. "Ci chiedevamo se potevamo essere in grado di osservare la situazione del gatto Schrödinger".

sovrapposizione

Hanno usato diverse polarizzazioni della luce per eseguire misurazioni nei batteri solforati verdi che raccolgono la luce. I batteri hanno un complesso fotosintetico, composto da sette molecole fotosensibili. Un fotone ecciterà due di quelle molecole, ma l'energia si sovrappone ad entrambi. Quindi proprio come il gatto è vivo o morto, l'una o l'altra molecola è eccitata dal fotone. "Nel caso di tale sovrapposizione, la spettroscopia dovrebbe mostrare un segnale oscillante specifico, " spiega Jansen. "Ed è proprio quello che abbiamo visto. Per di più, abbiamo trovato effetti quantistici che sono durati esattamente quanto ci si aspetterebbe in base alla teoria e dimostrato che questi appartengono all'energia sovrapposta a due molecole contemporaneamente." Jansen conclude che i sistemi biologici esibiscono gli stessi effetti quantistici dei sistemi non biologici.

Le tecniche di osservazione sviluppate per questo progetto di ricerca possono essere applicate a diversi sistemi, sia biologico che non biologico. Jansen è soddisfatto dei risultati. "Questa è un'osservazione interessante per chiunque sia interessato all'affascinante mondo della meccanica quantistica. Inoltre, i risultati possono svolgere un ruolo nello sviluppo di nuovi sistemi, come l'immagazzinamento dell'energia solare o lo sviluppo di computer quantistici".