Fotosentez, bir Bose-Einstein yoğunlaştırıcısına şaşırtıcı derecede yakın bir işlem kullanır.

Fotosentezin ne kadar basit ve her yerde mevcut olduğunu düşünürsek, onun nasıl çalıştığını uzun zaman önce çözdüğümüzü düşünebilirsiniz. Bunun yerine, sürecin ana bölümleri bir sır olarak kalıyor. Yeni araştırma, bu fazlardan birinin, eksiton kapasitörleriyle çarpıcı benzerlikler taşıdığını öne sürüyor; bu, fizikçilerin laboratuvarda üretmek için büyük çaba sarf etmesi gereken bir şey.

Chicago Üniversitesi’nden Profesör David Mazzotti, önemli kimyasal süreçlerde atomların ve moleküllerin nasıl etkileştiğini anlamaya çalışmak için bilgisayar modellemesini kullanan bir laboratuvarın başında bulunuyor. Bu reaksiyonların çok azı, bitkilerin ve alglerin şeker ve nişasta yapmak için güneş ışığından enerji kullandığı fotosentez kadar hayati ve yaygındır.

Süreç, fotonların yapraklardaki gevşek elektronlara çarpmasıyla başlar ve hem elektronun hem de yükün güneş enerjisi taşıyan kromofil (klorofil molekülü) boyunca hareket edeceği “delik”e izin verir. Bu uzun zamandır bilinmesine rağmen, Mazziotti ve meslektaşları elektron gruplarının, boşlukların ve boşlukların her zaman bireyler gibi hareket etmediğini bildiriyor.

Bir elektron ve boşluğu birlikte bir eksiton olarak bilinir ve birlikte bakıldığında, bir elektronun her birinin kendi başına olduğundan farklı kuantum özellikleri vardır. Örneğin, bir eksiton bir bozondur, bir elektron ve bir deliğin her ikisi de fermiyondur. Araştırmacılar, her biri yerine birçok eksitonun davranışını modelleyerek, davranışlarının, geleneksel katılar, sıvılar, gazlar ve plazmalardan sonra bazen “maddenin beşinci hali” olarak bilinen Bose-Einstein yoğuşmasına ne kadar benzediğini fark ettiler. .

Bose-Einstein yoğuşmaları, büyük atom gruplarının, normalde yalnızca atom altı seviyede görülen akıl almaz kuantum davranışını sergilemesine izin verir. Sürtünme gibi evrensel fenomenlerden vazgeçmekle kalmıyorlar, aynı zamanda dalga ve parçacık davranışını birleştirmek gibi egzotik kuantum faaliyetlerine de girişebiliyorlar.

Bose-Einstein yoğuşmasını yapmak için, bilim adamlarının düzenli malzemeleri mutlak sıfırın hemen üzerindeki sıcaklıklara soğutmaları gerekiyor, ancak bitkiler şu anda pencerenizin dışında benzer bir şey yapıyor (eğer gün ışığıysa). Çalışmadaki ilk yüksek lisans öğrencisi Anna Skotin, “Fotonik ışık, oda sıcaklığında bir sistemde toplanır ve dahası, yapısı, eksiton kondansatörleri yapmak için kullandığınız orijinal amorf malzemelerin ve soğuk sıcaklıkların aksine, yapılandırılmamıştır” dedi. A ifade.

Kısmen bitkisel eksitonların kısa ömürlü olması ve genellikle hızlı bir şekilde yeniden birleşmesi nedeniyle keşif daha önce yapılmadı. Düşük sıcaklıklara ek olarak, eksiton rekombinasyonu güçlü manyetik alanlarla geciktirilebilir, ancak elbette bitkilerde bunlar da yoktur.

“Bildiğimiz kadarıyla [photosynthesis and exciton condensates] Bağlantı daha önce yapılmamıştı, bu yüzden bunu çok ilgi çekici ve heyecan verici bulduk,” dedi Mazziotti.

Belki daha da şaşırtıcı olanı, kromoforlarla renklendirilen eksitonların hep birlikte kapasitör benzeri hale gelmemeleridir. Bunun yerine, yazarların “ada” şekli dediği noktalar. Ancak bu adalar ilgisiz bir merak konusu değil.

Yapraklı bir eksiton grubu. Makale, “makroskopik eksiton yoğunlaşmasıyla ilişkili bazı özelliklerden yoksun olabileceğini”, ancak “verimli enerji aktarımı da dahil olmak üzere birçok avantajı elinde tutmasının muhtemel olduğunu” belirtiyor. Eğer öyleyse, fotosentezi daha verimli hale getirir, hayatın zenginliğine ve bolluğuna katkıda bulunur. Aslında, ideal koşullar altında, eksiton yoğuşması, aksi takdirde mümkün olana kıyasla enerji aktarım hızını iki katına çıkarabilir.

Süper bilgisayarlar bile fotosentez sırasında atomik ve atom altı davranışın karmaşıklığını modellemek için mücadele ediyor, bu nedenle modeller diğer birçok bilimsel senaryodan daha basit hale geliyor. Ancak Mazziotti, grup davranışının göz ardı edilmemesi gereken bir şey olduğu konusunda uyarıyor. “Doğanın gerçekte nasıl çalıştığını yakalamak için elektronların yerel korelasyonunun gerekli olduğunu düşünüyoruz” dedi.

Çalışma şu adreste açık erişime açıktır: PRX Enerji