Une équipe de recherche de l'Université de Tsukuba utilise une lumière à fréquence térahertz pour sonder le comportement inhabituel de systèmes désordonnés afin de découvrir que les vibrations anonymement importantes du lysozyme peuvent s'expliquer par sa nature vitreuse et fractale.

Tsukuba, Japon—Des chercheurs dirigés par l'Université de Tsukuba ont étudié les modes vibrationnels d'une protéine intrinsèquement désordonnée pour comprendre sa réponse anormalement forte aux basses fréquences. Ce travail peut conduire à l'amélioration de notre connaissance des matériaux qui manquent d'ordre à longue distance, qui peuvent influencer la fabrication du verre industriel.

Les matériaux vitreux ont de nombreuses propriétés surprenantes. Pas tout à fait un solide ou un liquide, les verres sont faits d'atomes qui sont figés dans un désordre, état non cristallin. Il y a plus d'un siècle, le physicien Peter Debye a proposé une formule pour comprendre les modes vibrationnels possibles des solides. Bien que la plupart du temps réussi, cette théorie n'explique pas les vibrations étonnamment universelles qui peuvent être excitées dans des matériaux désordonnés - comme le verre - par un rayonnement électromagnétique dans la gamme des térahertz. Cette déviation a été assez souvent vue pour obtenir son propre nom, le "pic de boson, " mais son origine reste incertaine.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont mené une série d'expériences pour étudier la physique derrière le pic de boson en utilisant la protéine lysozyme.

"Cette protéine a une structure intrinsèquement désordonnée et fractale, ", déclare le premier auteur de l'étude, le professeur Tatsuya Mori. "Nous pensons qu'il est logique de considérer l'ensemble du système comme une seule supramolécule."

Fractales, qui sont des structures mathématiques qui présentent une auto-similitude sur un large éventail d'échelles, sont communs dans la nature. Pensez aux arbres :ils se ressemblent, que vous dézoomiez pour regarder les branches, ainsi que lorsque vous vous approchez pour inspecter les brindilles. Les fractales ont la capacité surprenante d'être décrites par un nombre non entier de dimensions. C'est-à-dire, un objet de dimension fractale de 1,5 est à mi-chemin entre un objet bidimensionnel et un objet tridimensionnel, ce qui signifie que sa masse augmente avec sa taille à la puissance 1,5.

Sur la base des résultats de la spectroscopie térahertz, la dimension fractale de la masse des molécules de lysozyme s'est avérée être d'environ 2,75. Cette valeur a également été déterminée comme étant liée au coefficient d'absorption du matériau.

"Les résultats suggèrent que les propriétés fractales proviennent de l'auto-similitude de la structure des acides aminés des protéines du lysozyme, " dit le professeur Mori. " Cette recherche peut détenir la clé pour résoudre un casse-tête de longue date concernant les matériaux désordonnés et fractals, ce qui peut conduire à une production plus efficace de structures en verre ou fractales."

L'ouvrage est publié dans Examen physique E comme "Détection du pic de boson et de la dynamique fractale des systèmes désordonnés à l'aide de la spectroscopie térahertz."