Un equipo de investigación de la Universidad de Tsukuba utiliza luz de frecuencia de terahercios para sondear el comportamiento inusual de los sistemas desordenados y descubrir que las vibraciones anónimamente grandes en la lisozima pueden explicarse por su naturaleza vidriosa y fractal.

Tsukuba, Japón:investigadores dirigidos por la Universidad de Tsukuba estudiaron los modos vibratorios de una proteína intrínsecamente desordenada para comprender su respuesta anormalmente fuerte a bajas frecuencias. Este trabajo puede conducir a mejoras en nuestro conocimiento de los materiales que carecen de un orden de largo alcance, que pueden influir en la fabricación de vidrio industrial.

Los materiales vidriosos tienen muchas propiedades sorprendentes. No es ni un sólido ni un líquido, Los vasos están hechos de átomos que están congelados de forma desordenada, estado no cristalino. Hace más de un siglo, El físico Peter Debye propuso una fórmula para comprender los posibles modos vibracionales de los sólidos. Aunque en su mayoría exitoso, esta teoría no explica las vibraciones sorprendentemente universales que pueden ser excitadas en materiales desordenados, como el vidrio, por radiación electromagnética en el rango de terahercios. Esta desviación se ha visto con suficiente frecuencia como para obtener su propio nombre, el "pico del bosón, "pero su origen sigue sin estar claro.

Ahora, Los investigadores de la Universidad de Tsukuba han realizado una serie de experimentos para investigar la física detrás del pico del bosón utilizando la proteína lisozima.

"Esta proteína tiene una estructura fractal intrínsecamente desordenada, "Creemos que tiene sentido considerar el sistema completo como una sola supramolécula", dice el primer autor del estudio, el profesor Tatsuya Mori.

Fractales que son estructuras matemáticas que exhiben auto-similitud en una amplia gama de escalas, son comunes en la naturaleza. Piense en los árboles:parecen similares si se aleja para mirar las ramas, así como cuando te acercas a inspeccionar las ramitas. Los fractales tienen la sorprendente capacidad de ser descritos por un número no entero de dimensiones. Es decir, un objeto con una dimensión fractal de 1,5 está a medio camino entre un objeto bidimensional y uno tridimensional, lo que significa que su masa aumenta con su tamaño a la potencia 1.5.

Sobre la base de los resultados de la espectroscopia de terahercios, se encontró que la dimensión fractal de masa de las moléculas de lisozima era de alrededor de 2,75. También se determinó que este valor estaba relacionado con el coeficiente de absorción del material.

"Los hallazgos sugieren que las propiedades fractales se originan a partir de la auto-similitud de la estructura de los aminoácidos de las proteínas lisozimas, "Dice el profesor Mori." Esta investigación puede ser la clave para resolver un enigma de larga data con respecto a los materiales desordenados y fractales, lo que puede conducir a una producción más eficiente de vidrio o estructuras fractales ".

El trabajo está publicado en Revisión física E como "Detección de picos de bosones y dinámica fractal de sistemas desordenados mediante espectroscopia de terahercios".