Forskere har funnet bevis for at kvanteeffekter og den særegne "fetteren" til Schrödingers katt spiller en viktig rolle i arbeidet med fotosyntesen i planteceller, noe som kan forklare dens unormalt høye effektivitet, ifølge en artikkel publisert i tidsskriftet Nature Chemistry.
”Kollegene våre har vist tidligere at vibrasjoner av kvantitet kan forekomme i de lysfølsomme pigmentene til mikrober. Dessverre viste det seg å være enkle vibrasjoner av molekyler. Vi fortsatte å søke og sjekket om det er tilstander som ligner Schrödingers katt i klorofyllmolekyler,”sa Thomas Jansen fra University of Groningen i Nederland.
Planter og bakterier er i stand til å konvertere lysenergi til næringsstoffer ved å bruke de såkalte fotosystemene I og II. Det andre systemet tar fotoner av lys og konverterer dem til frie elektroner, mens det første deler vannmolekyler i oksygen og hydrogenioner og bruker det siste for å sette sammen næringsmolekyler. Arbeidet og strukturen til disse systemene er godt studert, men deres interaksjon og plassering i cellen forble et mysterium for forskere.
De første observasjonene av arbeidet deres på nivå med individuelle molekyler og atomer viste at dets "antenner" de tar opp lysenergi og bruker den til å produsere ATP-molekyler, celleenergi og frie elektroner, mye mer effektivt enn klassisk fysikk forutsier. Dette fikk forskere til å lure på om planter og bakterier bruker kvanteeffekter for å øke effektiviteten av fotosyntesen.
Som Jansen sier, en slik idé er at noen forskere mener at disse frie elektronene oppfører seg som "Schrödingers katt" fra det berømte tankeeksperimentet i 1936 og kan være i to forskjellige tilstander (og peker i rommet) på samme tid.
Teamet hans testet om slike "katter" av planten faktisk eksisterer ved å observere interaksjonen mellom klorofyllmolekyler og lys ved romtemperatur og ved kokepunktet for flytende nitrogen ved hjelp av et skanningselektronmikroskop.
For å få et svar på dette spørsmålet gikk forskerne for et triks - de bombarderte klorofyll ikke med vanlig, men med polarisert lys. Fakta er at fotosystemene til bakterier ikke inneholder en, men syv molekyler samtidig, hvorav to reagerer på polarisert lys.
Ved å bombardere dem med polariserte fotoner, prøvde Jansen og kollegene å avgjøre om de ville svare på dem individuelt, eller, hvis de var en delt kvantehelhet, i fellesskap ville generere gratis elektroner.
Salgsfremmende video:
Som disse eksperimentene viste, interagerte lyspartiklene virkelig med bare ett av de to molekylene som oppfatter slikt lys, men fotonenergien ble jevnt "smurt" over både "antennen" til lyset. Samtidig oppsto karakteristiske svingninger inni dem, som er godt kjent for fysikere som er involvert i "avl" av Schrödingers katter.
"Vi klarte å se disse kvantumsvingningene, og vise at de eksisterer nøyaktig så lenge teorien forutsier. Dette viser at fotonenergien er "lagt over" på to molekyler samtidig. Ytterligere undersøkelse av dette fenomenet vil hjelpe oss med å forbedre ytelsen til solceller og akselerere opprettelsen av kvantecomputere, avslutter Jansen.
