As moléculas que estão envolvidas na fotossíntese exibem os mesmos efeitos quânticos que a matéria não viva, conclui uma equipe internacional de cientistas, incluindo o físico teórico da Universidade de Groningen, Thomas la Cour Jansen. Esta é a primeira vez que se provou que o comportamento da mecânica quântica existe em sistemas biológicos que estão envolvidos na fotossíntese. A interpretação desses efeitos quânticos na fotossíntese pode ajudar no desenvolvimento de dispositivos de coleta de luz inspirados na natureza. Os resultados foram publicados em Química da Natureza em 21 de maio.

Por vários anos agora, tem havido um debate sobre os efeitos quânticos nos sistemas biológicos. A ideia básica é que os elétrons podem estar em dois estados ao mesmo tempo, até que sejam observados. Isso pode ser comparado ao experimento mental conhecido como Gato de Schrödinger. O gato está trancado em uma caixa com um frasco de uma substância tóxica. Se a tampa do frasco estiver travada com um sistema quântico, pode ser aberto ou fechado simultaneamente, então o gato está em uma mistura dos estados "morto" e "vivo, "até abrirmos a caixa e observarmos o sistema. Este é precisamente o comportamento aparente dos elétrons.

Vibrações

Em pesquisas anteriores, os cientistas já haviam encontrado sinais sugerindo que as moléculas coletoras de luz nas bactérias podem ser excitadas em dois estados simultaneamente. Por si só, isso provou o envolvimento de efeitos da mecânica quântica, no entanto, nesses experimentos, esse estado de excitação durou supostamente mais de 1 picossegundo (0,000 000 000 001 segundo). Isso é muito mais longo do que se poderia esperar com base na teoria da mecânica quântica.

Jansen e seus colegas mostram em sua publicação que essa observação anterior está errada. "Nós mostramos que os efeitos quânticos que eles relataram eram simplesmente vibrações regulares das moléculas." Portanto, a equipe continuou a busca. "Ficamos imaginando se poderíamos observar a situação do gato Schrödinger."

Sobreposição

Eles usaram polarizações diferentes de luz para realizar medições em bactérias enxofre verdes que coletam luz. A bactéria tem um complexo fotossintético, composto por sete moléculas sensíveis à luz. Um fóton excitará duas dessas moléculas, mas a energia se sobrepõe a ambos. Assim como o gato está vivo ou morto, uma ou outra molécula é excitada pelo fóton. "No caso de tal sobreposição, espectroscopia deve mostrar um sinal oscilante específico, "explica Jansen." E isso é realmente o que vimos. Além disso, descobrimos efeitos quânticos que duraram exatamente o tempo que se esperaria com base na teoria e provamos que pertencem à energia sobreposta em duas moléculas simultaneamente. ”Jansen conclui que os sistemas biológicos exibem os mesmos efeitos quânticos que os sistemas não biológicos.

As técnicas de observação desenvolvidas para este projeto de pesquisa podem ser aplicadas a diferentes sistemas, biológico e não biológico. Jansen está feliz com os resultados. "Esta é uma observação interessante para quem está interessado no fascinante mundo da mecânica quântica. Além disso, os resultados podem desempenhar um papel no desenvolvimento de novos sistemas, como o armazenamento de energia solar ou o desenvolvimento de computadores quânticos. "