Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tsukuba usa luz de frequência terahertz para sondar o comportamento incomum de sistemas desordenados para descobrir que as vibrações anonimamente grandes na lisozima podem ser explicadas por sua natureza vítrea e fractal

Tsukuba, Japão — Pesquisadores liderados pela Universidade de Tsukuba estudaram os modos vibracionais de uma proteína intrinsecamente desordenada para entender sua resposta anormalmente forte em baixas frequências. Este trabalho pode levar a melhorias em nosso conhecimento de materiais que carecem de ordem de longo prazo, que podem influenciar a fabricação de vidro industrial.

Os materiais vítreos têm muitas propriedades surpreendentes. Não é bem um sólido ou líquido, vidros são feitos de átomos que estão congelados em uma desordem, estado não cristalino. Mais de um século atrás, o físico Peter Debye propôs uma fórmula para compreender os possíveis modos vibracionais dos sólidos. Embora seja mais bem-sucedido, essa teoria não explica as vibrações surpreendentemente universais que podem ser excitadas em materiais desordenados - como o vidro - por radiação eletromagnética na faixa de terahertz. Este desvio foi visto com frequência suficiente para ter seu próprio nome, o "pico do bóson, "mas sua origem permanece obscura.

Agora, pesquisadores da Universidade de Tsukuba conduziram uma série de experimentos para investigar a física por trás do pico do bóson usando a proteína lisozima.

“Esta proteína tem uma estrutura intrinsecamente desordenada e fractal, "O primeiro autor do estudo, Professor Tatsuya Mori, diz." Acreditamos que faz sentido considerar todo o sistema como uma única supramolécula. "

Fractais, que são estruturas matemáticas que exibem auto-similaridade em uma ampla gama de escalas, são comuns na natureza. Pense nas árvores:elas parecem semelhantes se você diminuir o zoom para olhar os galhos, bem como quando você se aproxima para inspecionar os galhos. Os fractais têm a surpreendente capacidade de serem descritos por um número não inteiro de dimensões. Isso é, um objeto com uma dimensão fractal de 1,5 está no meio do caminho entre um objeto bidimensional e um tridimensional, o que significa que sua massa aumenta com seu tamanho à potência de 1,5.

Com base nos resultados da espectroscopia terahertz, a dimensão fractal de massa das moléculas de lisozima foi encontrada em torno de 2,75. Este valor também foi determinado como relacionado ao coeficiente de absorção do material.

"Os resultados sugerem que as propriedades fractais se originam da auto-similaridade da estrutura dos aminoácidos das proteínas da lisozima, "Professor Mori diz." Esta pesquisa pode ser a chave para resolver um quebra-cabeça de longa data sobre materiais desordenados e fractais, o que pode levar a uma produção mais eficiente de estruturas de vidro ou fractal. "

O trabalho é publicado em Revisão Física E como "Detecção de pico de bóson e dinâmica fractal de sistemas desordenados usando espectroscopia terahertz."