Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

FP7

Najciekawszy artykuł

Źródło dofinansowania: FP7-ICT

PAPETS: fizyka kwantowa przynosi zdumiewające informacje o procesach biologicznych

Fizyka kwantowa pomaga naukowcom pogłębić wiedzę o fotosyntezie i powonieniu.
PAPETS: fizyka kwantowa przynosi zdumiewające informacje o procesach biologicznych
Czy coś może na przykład znajdować się w dwóch różnych miejscach w tym samym czasie? Z perspektywy fizyki kwantowej to możliwe. A ściślej zgodnie z zasadą superpozycji, cząstkę można opisać jako znajdującą się w dwóch różnych stanach jednocześnie.

Mimo iż w oczach laika wygląda to bardziej na wudu, superpozycja opiera się na solidnych danych naukowych. Naukowcy z projektu PAPETS, zajmujący się badaniem tego i innych zjawisk na styku biologii i fizyki kwantowej, postawili sobie za cel ustalenie roli dynamiki wibracyjnej w fotosyntezie i powonieniu.

Kwantowa superpozycja podnosi wydajność fotosyntezy

Efekty kwantowe w systemie biologicznym, a konkretnie w kompleksie fotosyntetycznym, jako pierwszy zaobserwował w 2007 r. w USA Greg Engel wraz ze współpracownikami. Różne laboratoria odtworzyły te efekty w temperaturze około minus 193 stopni Celsjusza i następnie w temperaturze otoczenia.

„Zaskakujące i ekscytujące w tym jest to, że efekty kwantowe zaobserwowane zostały w kompleksach, które są rozległymi, mokrymi i zaszumionymi systemami” – zauważył koordynator projektu PAPETS, dr Yasser Omar, naukowiec z Instituto de Telecomunicações i profesor na Universidade de Lisboa. „Superpozycja jest krucha i spodziewalibyśmy się, że środowisko ją zniszczy”.

Superpozycja przyczynia się do wydajniejszego transportu energii. Ekscyton – kwazicząstka przenosząca energię – jest w stanie poruszać się szybciej po kompleksie fotosyntetycznym, dzięki temu, że może występować w dwóch stanach jednocześnie. Kiedy dociera do rozwidlenia, nie musi wybierać między lewą a prawą stroną. Może poruszać się po tych ścieżkach równocześnie.

„To jak labirynt” – stwierdził dr Omar. „Tylko jedne drzwi prowadzą do wyjścia, ale ekscyton może wypróbować w tym samym czasie prawe i lewe. To bardziej efektywne”.

Dr Omar wraz z kolegami jest przekonany, że zbieg czynników doprowadza do zaistnienia superpozycji i utrzymania jej, a konkretnie dynamika środowiska wibracyjnego, którego rola ma właśnie zostać poznana i zbadana w toku projektu PAPETS.

Mariaż teorii z doświadczeniami

Teorie analizowane przez partnerów PAPETS są również poddawane testom w ramach doświadczeń w celu ich walidacji i zyskania dalszych informacji. Aby przestudiować transport kwantowy w fotosyntezie, naukowcy strzelają szybkimi impulsami laserowymi w systemy biologiczne. Dzięki temu mogą następnie obserwować zakłócenia rozchodzące się w sieci transportowej – sygnaturę zjawiska przypominającego falę.

„To jak wrzucenie kamienia do jeziora” – wyjaśnia dr Omar. „Można się następnie przekonać, czy powstałe fale potężnieją, czy też wzajemnie się znoszą, kiedy się spotykają”.

Zastosowania: wydajniejsze ogniwa słoneczne i wykrywanie zapachów

Mimo iż projekt PAPETS jest zasadniczo przedsięwzięciem badawczym, generuje wiedzę, która może mieć zastosowania praktyczne. Naukowcy z PAPETS zyskują bardziej fundamentalne rozumienie procesu fotosyntezy, co może przełożyć się na projektowanie znacznie wydajniejszych ogniw słonecznych.

Powonienie – zdolność do rozpoznawania i rozróżniania zapachów – to kolejna obiecująca dziedzina. Doświadczenia skupiają się na zachowaniu muszek owocówek. Do tej pory naukowcy podejrzewali, że tunelowanie elektronów, wiązane z wewnętrznymi wibracjami molekuły, może być sygnaturą zapachu. Dr Omar porównuje tunelowanie do piłeczki pingpongowej, która leży w misie i przechodzi przez jej boczną ściankę, aby pojawić się na zewnątrz.

Wyniki tych prac mogą znaleźć zastosowanie w sektorze spożywczym, wody, kosmetyków i leków. Lepsze sztuczne wyczuwanie zapachów mogłoby być na przykład wykorzystywane do wykrywania nieczystości albo zanieczyszczenia.

„W odróżnieniu od wzroku, słuchu czy dotyku, zmysł węchu trudno jest sztucznie odtworzyć z wysoką efektywnością” – stwierdził dr Omar.

Projekt PAPETS, w który zaangażowało się 7 partnerów, jest realizowany od września 2014 r. do sierpnia 2016 r. i dysponuje budżetem, w który wkład UE wyniósł 1,8 mln EUR.

Link do strony internetowej projektu

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Fizyka kwantowa, biologia, fotosynteza, powonienie, zasada superpozycji, UE, CORDIS
Numer rekordu: 167631 / Ostatnia aktualizacja: 2015-07-07
Źródło informacji: CNECT story (pl)