Las moléculas que participan en la fotosíntesis exhiben los mismos efectos cuánticos que la materia no viva, concluye un equipo internacional de científicos que incluye al físico teórico Thomas la Cour Jansen de la Universidad de Groningen. Esta es la primera vez que se ha demostrado que existe un comportamiento mecánico cuántico en sistemas biológicos que participan en la fotosíntesis. La interpretación de estos efectos cuánticos en la fotosíntesis puede ayudar en el desarrollo de dispositivos de captación de luz inspirados en la naturaleza. Los resultados fueron publicados en Química de la naturaleza el 21 de mayo.

Desde hace varios años, Ha habido un debate sobre los efectos cuánticos en los sistemas biológicos. La idea básica es que los electrones pueden estar en dos estados a la vez, hasta que se observen. Esto puede compararse con el experimento mental conocido como el gato de Schrödinger. El gato está encerrado en una caja con un vial de una sustancia tóxica. Si la tapa del vial está bloqueada con un sistema cuántico, puede estar abierto o cerrado simultáneamente, por lo que el gato está en una mezcla de los estados "muerto" y "vivo, "hasta que abrimos la caja y observamos el sistema. Este es precisamente el comportamiento aparente de los electrones".

Vibraciones

En investigaciones anteriores, los científicos ya habían encontrado señales que sugerían que las moléculas recolectoras de luz en las bacterias pueden excitarse en dos estados simultáneamente. En sí mismo, esto demostró la participación de los efectos de la mecánica cuántica, sin embargo, en esos experimentos, ese estado excitado supuestamente duró más de 1 picosegundo (0,000 000 000 001 segundo). Esto es mucho más largo de lo que cabría esperar sobre la base de la teoría de la mecánica cuántica.

Jansen y sus colegas muestran en su publicación que esta observación anterior es incorrecta. "Hemos demostrado que los efectos cuánticos que informaron eran simplemente vibraciones regulares de las moléculas". Por lo tanto, el equipo continuó la búsqueda. "Nos preguntamos si podríamos observar la situación del gato Schrödinger".

Superposición

Utilizaron diferentes polarizaciones de luz para realizar mediciones en bacterias de azufre verde recolectoras de luz. Las bacterias tienen un complejo fotosintético, compuesto por siete moléculas sensibles a la luz. Un fotón excitará dos de esas moléculas, pero la energía se superpone a ambos. Así que al igual que el gato está vivo o muerto, una u otra molécula es excitada por el fotón. "En el caso de tal superposición, la espectroscopia debe mostrar una señal oscilante específica, "explica Jansen." Y eso es de hecho lo que vimos. Es más, Encontramos efectos cuánticos que duraron exactamente tanto tiempo como cabría esperar según la teoría y demostramos que pertenecen a la energía superpuesta en dos moléculas simultáneamente ”. Jansen concluye que los sistemas biológicos exhiben los mismos efectos cuánticos que los sistemas no biológicos.

Las técnicas de observación desarrolladas para este proyecto de investigación pueden aplicarse a diferentes sistemas, tanto biológicos como no biológicos. Jansen está contento con los resultados. "Esta es una observación interesante para cualquiera que esté interesado en el fascinante mundo de la mecánica cuántica. Además, los resultados pueden jugar un papel en el desarrollo de nuevos sistemas, como el almacenamiento de energía solar o el desarrollo de computadoras cuánticas ".