การจับควอนตัม: การสังเคราะห์ด้วยแสงพยายามหลายเส้นทางพร้อมกัน

การจับควอนตัม: การสังเคราะห์ด้วยแสงพยายามหลายเส้นทางพร้อมกัน

ฟิสิกส์ควอนตัมมีบทบาทมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ในการจับแสงของพืช การค้นพบใหม่สามารถอธิบายการใช้พลังงานแสงอาทิตย์อย่างมีประสิทธิภาพอย่างเหลือเชื่อในชีวิตได้ นักวิจัยกล่าว

คลื่นสีเขียว เช่นเดียวกับระลอกคลื่นบนน้ำ พลังงานที่ดูดซับจากแสงแดดจะเคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างการสังเคราะห์แสง (โครงสร้างโมเลกุลสีเทาและสีเขียว) ด้วยการเคลื่อนที่แบบคลื่น ในการเรนเดอร์ของศิลปิน การเคลื่อนไหวนั้นสร้างสัญญาณรบกวนที่วิเคราะห์เป็นสเปกตรัม (ซ้าย)

เองเกิล/UC เบิร์กลีย์

ในสิ่งมีชีวิตตั้งแต่สาหร่ายสีน้ำเงินไปจนถึงซีคัวยายักษ์ ส่วนประกอบที่ซับซ้อนของโมเลกุลของเม็ดสีคลอโรฟิลล์จะดูดซับโฟตอนของแสงแดดและส่งผ่านพลังงานเพื่อให้พืชเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนและน้ำตาล

ประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เรียกว่ากระบวนการนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจมาช้านาน แทบทุกโฟตอนที่ถูกคลอโรฟิลล์ดูดซับจะเกิดปฏิกิริยาการสังเคราะห์แสง พืชใช้แสงที่ตกกระทบถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ใช้น้อยกว่า 30 เปอร์เซ็นต์

การดูดกลืนโฟตอนทำให้โมเลกุลคลอโรฟิลล์เข้าสู่สภาวะตื่นเต้น ซึ่งอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นกระโดดไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น มุมมองแบบดั้งเดิมคือโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ภายในการแลกเปลี่ยนที่ซับซ้อนจะกระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นจนกว่าพลังงานนั้นจะหาทางเข้าสู่ศูนย์กลางปฏิกิริยาซึ่งจะเริ่มปฏิกิริยาทางเคมี แต่ในแต่ละการแลกเปลี่ยนระหว่างโมเลกุล การกระตุ้นอาจสลายไปในรูปของความร้อนเหลือทิ้ง นักวิทยาศาสตร์จึงไม่เข้าใจว่ากระบวนการนี้จะมีประสิทธิภาพได้อย่างไร

ทีมนักเคมีแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ 

และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley รายงานว่า แทนที่จะกระดอนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง การกระตุ้นจะเคลื่อนที่เหมือนคลื่น ในการทดลองใหม่ Greg Engel และเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่ากลุ่มของโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ใช้เวลานานอย่างน่าประหลาดใจในสิ่งที่เรียกว่าสถานะซ้อนทับกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมที่โมเลกุลจำนวนมากแบ่งปันพลังงานกระตุ้น ดังนั้นจึงรู้สึกตื่นเต้นและผ่อนคลายไปพร้อมๆ กัน ส่วนผสมของสถานะต่างๆ สามารถแสดงพฤติกรรมคล้ายคลื่นได้ ตัวอย่างเช่น พวกมันสามารถหักล้างกันหรือรวมกันได้เหมือนคลื่นในสระน้ำ

ตั้งแต่ดาราศาสตร์ไปจนถึงสัตววิทยา

สมัครรับข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์เพื่อสนองความกระหายใคร่รู้ของคุณสำหรับความรู้สากล

ติดตาม

ในการทดลอง ทีมงานได้แช่แข็งคลอโรฟิลล์คอมเพล็กซ์จากสาหร่ายสีน้ำเงินและยิงด้วยเลเซอร์พัลส์ที่สั้นมาก ซึ่งแต่ละครั้งกินเวลาเพียง 40 เฟมโตวินาที หรือหนึ่งในล้านส่วนของพันล้านวินาที สามพัลส์กระตุ้นโมเลกุล และพัลส์ที่สี่ตรวจพบรูปแบบการรบกวน

คอมเพล็กซ์อยู่ในสถานะซ้อนทับกันนานกว่า 600 เฟมโตวินาทีหลังจากได้รับพัลส์ ในช่วงเวลานั้น “ระบบกำลังสำรวจพื้นที่ทั้งหมดพร้อมกันโดยไม่ต้องไปที่แต่ละแห่ง” Engel กล่าว เส้นทางที่ถ่ายโอนพลังงานไปยังศูนย์ปฏิกิริยาได้รับการสนับสนุนอย่างกระฉับกระเฉงมากกว่าเส้นทางที่เปลี่ยนเป็นความร้อนเหลือทิ้ง เขาเสนอ

ผลลัพธ์ของทีมปรากฏใน 12 เมษายนNature

Rienk van Grondelle นักชีวฟิสิกส์แห่ง Free University of Amsterdam กล่าวว่า การทดลองเมื่อเร็วๆ นี้ที่ Berkeley ล้มล้างความคิดเรื่องการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีมานานถึง 50 ปี ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพลังงานเคลื่อนที่แบบสุ่ม “ที่นี่ มันเคลื่อนไหวในลักษณะที่เฉพาะเจาะจงมาก” van Grondelle กล่าว

สาหร่ายสีน้ำเงินมีเครื่องจักรระดับโมเลกุลที่ค่อนข้างง่าย Van Grondelle กล่าว เขากล่าวว่าความท้าทายต่อไปของนักวิจัยคือการทำการทดลองที่คล้ายกันกับคลอโรฟิลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้นของพืช

การแก้ไข: บทความนี้ระบุอย่างไม่ถูกต้องว่าพืช “ใช้แสงที่ตกกระทบถึง 90 เปอร์เซ็นต์” สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงสามารถใช้พลังงานที่ดูดซับได้มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ แต่โฟตอนที่ถูกดูดซับเป็นเปอร์เซ็นต์เพียงเล็กน้อยของพลังงานที่กระทบกับสิ่งมีชีวิต

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> ufaslot888g.com