Un team di ricerca dell'Università di Tsukuba utilizza la luce a frequenza terahertz per sondare il comportamento insolito dei sistemi disordinati per scoprire che le grandi vibrazioni anonime nel lisozima possono essere spiegate dalla sua natura vetrosa e frattale

Tsukuba, Giappone—I ricercatori guidati dall'Università di Tsukuba hanno studiato le modalità vibrazionali di una proteina intrinsecamente disordinata per comprendere la sua risposta anomala e forte alle basse frequenze. Questo lavoro può portare a miglioramenti nella nostra conoscenza dei materiali che mancano di ordine a lungo raggio, che possono influenzare la produzione industriale del vetro.

I materiali vetrosi hanno molte proprietà sorprendenti. Non proprio un solido o un liquido, gli occhiali sono fatti di atomi che si congelano in modo disordinato, stato non cristallino. Oltre un secolo fa, il fisico Peter Debye ha proposto una formula per comprendere i possibili modi vibrazionali dei solidi. Pur avendo per lo più successo, questa teoria non spiega le vibrazioni sorprendentemente universali che possono essere eccitate in materiali disordinati, come il vetro, da radiazioni elettromagnetiche nell'intervallo dei terahertz. Questa deviazione è stata vista abbastanza spesso da ottenere il proprio nome, il "picco bosone, "ma la sua origine rimane poco chiara.

Ora, i ricercatori dell'Università di Tsukuba hanno condotto una serie di esperimenti per studiare la fisica dietro il picco del bosone utilizzando la proteina lisozima.

"Questa proteina ha una struttura intrinsecamente disordinata e frattale, Il primo autore dello studio afferma il professor Tatsuya Mori. "Crediamo che abbia senso considerare l'intero sistema come un'unica supramolecola".

frattali, che sono strutture matematiche che mostrano autosomiglianza su un'ampia gamma di scale, sono comuni in natura. Pensa agli alberi:sembrano simili se rimpicciolisci per guardare i rami, così come quando ti avvicini per ispezionare i ramoscelli. I frattali hanno la sorprendente capacità di essere descritti da un numero non intero di dimensioni. Questo è, un oggetto con una dimensione frattale di 1,5 è a metà strada tra un oggetto bidimensionale e uno tridimensionale, il che significa che la sua massa aumenta con le sue dimensioni fino alla potenza 1,5.

Sulla base dei risultati della spettroscopia terahertz, la dimensione frattale di massa delle molecole di lisozima è risultata essere di circa 2,75. Questo valore è stato anche determinato per essere correlato al coefficiente di assorbimento del materiale.

"I risultati suggeriscono che le proprietà frattali provengono dall'auto-similarità della struttura degli amminoacidi delle proteine ​​del lisozima, " Dice il professor Mori. "Questa ricerca può contenere la chiave per risolvere un enigma di lunga data riguardante i materiali disordinati e frattali, che può portare a una produzione più efficiente di strutture in vetro o frattali."

L'opera è pubblicata in Revisione fisica E come "Rilevazione del picco bosonico e della dinamica frattale di sistemi disordinati mediante spettroscopia terahertz".