Les molécules impliquées dans la photosynthèse présentent les mêmes effets quantiques que la matière non vivante, conclut une équipe internationale de scientifiques comprenant le physicien théoricien de l'Université de Groningue Thomas la Cour Jansen. C'est la première fois que l'existence d'un comportement mécanique quantique est prouvée dans des systèmes biologiques impliqués dans la photosynthèse. L'interprétation de ces effets quantiques dans la photosynthèse peut aider au développement de dispositifs de collecte de lumière inspirés de la nature. Les résultats ont été publiés dans Chimie de la nature le 21 mai.

Depuis plusieurs années maintenant, il y a eu un débat sur les effets quantiques dans les systèmes biologiques. L'idée de base est que les électrons peuvent être dans deux états à la fois, jusqu'à ce qu'ils soient observés. Cela peut être comparé à l'expérience de pensée connue sous le nom de chat de Schrödinger. Le chat est enfermé dans une boîte avec un flacon d'une substance toxique. Si le bouchon du flacon est verrouillé avec un système quantique, il peut être simultanément ouvert ou fermé, donc le chat est dans un mélange des états "mort" et "vivant, " jusqu'à ce que nous ouvrions la boîte et observions le système. C'est précisément le comportement apparent des électrons.

Vibrations

Dans des recherches antérieures, les scientifiques avaient déjà trouvé des signaux suggérant que les molécules de récolte de lumière dans les bactéries peuvent être excitées dans deux états simultanément. En soi, cela prouvait l'implication des effets de la mécanique quantique, cependant dans ces expériences, cet état excité aurait duré plus d'une picoseconde (0,000 000 000 001 seconde). C'est beaucoup plus long que ce à quoi on pourrait s'attendre sur la base de la théorie de la mécanique quantique.

Jansen et ses collègues montrent dans leur publication que cette observation antérieure est fausse. "Nous avons montré que les effets quantiques qu'ils rapportaient étaient simplement des vibrations régulières des molécules." Par conséquent, l'équipe a continué la recherche. "Nous nous sommes demandé si nous pourrions observer cette situation de chat de Schrödinger."

Superposition

Ils ont utilisé différentes polarisations de la lumière pour effectuer des mesures dans les bactéries sulfureuses vertes récoltant la lumière. Les bactéries ont un complexe photosynthétique, composé de sept molécules photosensibles. Un photon excitera deux de ces molécules, mais l'énergie se superpose aux deux. Donc, tout comme le chat est mort ou vivant, l'une ou l'autre molécule est excitée par le photon. « Dans le cas d'une telle superposition, la spectroscopie doit montrer un signal oscillant spécifique, " explique Jansen. " Et c'est bien ce que nous avons vu. Par ailleurs, nous avons trouvé des effets quantiques qui duraient précisément aussi longtemps que l'on pourrait s'y attendre sur la base de la théorie et avons prouvé qu'ils appartiennent à l'énergie superposée à deux molécules simultanément. » Jansen conclut que les systèmes biologiques présentent les mêmes effets quantiques que les systèmes non biologiques.

Les techniques d'observation développées pour ce projet de recherche peuvent être appliquées à différents systèmes, à la fois biologique et non biologique. Jansen est satisfait des résultats. "C'est une observation intéressante pour quiconque s'intéresse au monde fascinant de la mécanique quantique. De plus, les résultats peuvent jouer un rôle dans le développement de nouveaux systèmes, comme le stockage de l'énergie solaire ou le développement des ordinateurs quantiques."