شبیه سازی بخشی از فرآیند فتوسنتز در مقیاس کوانتومی

محققان آلمانی با استفاده از مکانیک کوانتوم، موفق به شبیه‌سازی انتقال انرژی میان کمپلکس‌های پروتئینی در فتوسنتز شدند.

کد خبر: ۲۸۲۷۷۲

سه‌شنبه - ۰۳ دی ۱۳۹۲ / December 24, 2013

به گزارش گروه علمی«خبرگزاری دانشجو»، محققان آلمانی با استفاده از مکانیک کوانتوم، موفق به شبیه‌سازی انتقال انرژی میان کمپلکس‌های پروتئینی در فتوسنتز شدند، این گروه تحقیقاتی این انتقال انرژی را میان اتم‌های سرد شده گازی انجام دادند.

پژوهشگران دانشگاه هایدلبرگ در آلمان موفق شدند فرآیندهای مهم فتوسنتز را در مقیاس کوانتومی شبیه‌سازی کنند، این کار با قدرت تفکیک بالا انجام شد، این گروه تحقیقاتی به رهبری ماتیاس ویدمولر موفق به کشف خاصیت انتقال انرژی جدید شدند.

نتایج این پژوهش برای پاسخ دادن به سوالاتی درباره نحوه استفاده از فیزیک کوانتومی در حوزه تبدیل انرژی نقش مهمی دارد که در مرکز دینامیک کوانتومی در موسسه فیزیک هایدلبرگ انجام شده در نشریه Science به چاپ رسیده است.

این پروژه را محققان با این سوال شروع کردند که نور را چگونه می‌توان به شکل‌های مختلف نظیر شیمیایی، الکتریکی تبدیل و ذخیره کرد. طبیعت برای این کار راهکاری ارائه کرده که به آن فتوسنتز گویند. انرژی نور در کمپلکس‌های پروتئینی جذب شده و سپس به مولکول‌های واکنش‌دهنده منتقل می‌شود این مراکز نوعی نانوآنتن هستند. این مراکز نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند. هر چند تحقیقات بسیاری درباره این موضوع صورت گرفته اما ماهیت و مکانیسم این فرآیند برای دانشمندان دقیقا مشخص نیست.

در این پژوهش محققان اتم‌های یک گاز را تا نزدیک صفر مطلق سرد کردند سپس برخی از این اتم‌ها را با استفاده از لیزر به بالاترین حالت الکتریکی برانگیخته کردند.

فاصله الکترون‌های برانگیخته در این اتم‌ها که به اتم‌های رایدبرگ موسوم‌اند، بسیار از هم فاصله می‌گیرند؛ بنابراین، این اتم‌ها گزینه مناسبی برای مطالعه پدیده‌ انتقال میان دنیای ماکروسکوپی و کوانتومی هستند. انتقال انرژی میان دو اتم رایدبرگ دقیقا مشابه جذب و انتقال انرژی در فتوسنتز است.

جرج گونتر از محققان این پروژه می‌گوید: برای مشاهده انتقال انرژی باید روشی را برای تصویربرداری از اتم‌های رایدبرگ پیدا کرد، با استفاده از میکروسکوپ نمی‌توان از این فرآیند تصویربرداری کرد.

این گروه با استفاده از یک ترفند اپتیک کوانتومی موفق شدند که اطمینان یابند که 50درصد از اتم‌های رایدبرگ می‌توانند نور را جذب کنند. سایه این اتم‌ها در تصویر میکروسکوپی به دانشمندان امکان می‌دهد تا از موقعیت اتم‌ها مطلع شوند.

با این روش محققان می‌توانند انتقال انرژی را مشاهده کنند، این گروه موفق شدند نحوه برانگیختگی اتم‌های رایدبرگ را نشان دهند، الکترون‌ها در این اتم‌ها به حرکت در آمده و به اتم مجاور منتقل می‌شوند. این فرآیند چیزی شبیه به ریختن جوهر در یک ظرف آب است.