شبیه سازی فرایندهای مهم فتوسنتز

به نوشته سایت نانو، محققان این پروژه را با این سوال شروع کردند که چگونه می‌توان نور را به شکل‌های مختلف نظیر شیمیایی، الکتریکی تبدیل و ذخیره کرد. طبیعت برای این کار راهکاری ارائه کرده که به آن فتوسنتز گویند. انرژی نور در کمپلکس‌های پروتئینی جذب شده و سپس به مولکول‌های واکنش‌دهنده منتقل می‌شود؛ این مراکز نوعی نانوآنتن هستند. این مراکز نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند. هر چند تحقیقات بسیاری درباره این موضوع صورت گرفته اما ماهیت و مکانیسم این فرایند برای دانشمندان دقیقا مشخص نیست.

در این پژوهش محققان اتم‌های یک گاز را تا نزدیک صفر مطلق سرد کردند، سپس برخی از این اتم‌ها را با استفاده از لیزر به بالاترین حالت الکتریکی برانگیخته کردند. الکترون‌های برانگیخته در این اتم‌ها که به اتم‌های رایدبرگ موسوم‌ هستند، بسیار از هم فاصله می‌گیرند. بنابراین، این اتم‌ها گزینه مناسبی برای مطالعه پدیده‌ انتقال میان دنیای ماکروسکوپی و کوانتومی هستند. انتقال انرژی میان دو اتم رایدبرگ دقیقا مشابه جذب و انتقال انرژی در فتوسنتز است.

جرج گونتر از محققان این پروژه می‌گوید: برای مشاهده انتقال انرژی باید روشی را برای تصویربرداری از اتم‌های رایدبرگ پیدا کرد. با استفاده از میکروسکوپ نمی‌توان از این فرایند تصویربرداری کرد. این گروه با استفاده از یک ترفند اپتیک کوانتومی موفق شدند اطمینان یابند که 50 درصد از اتم‌های رایدبرگ می‌توانند نور را جذب کنند. سایه این اتم‌ها در تصویر میکروسکوپی به دانشمندان امکان می‌دهد تا از موقعیت اتم‌ها مطلع شوند.

با این روش محققان می‌توانند انتقال انرژی را مشاهده کنند، این گروه موفق شدند نحوه برانگیختگی اتم‌های رایدبرگ را نشان دهند، الکترون‌ها در این اتم‌ها به حرکت در آمده و به اتم مجاور منتقل می‌شوند. این فرایند چیزی شبیه به ریختن جوهر در یک ظرف آب است.

نتایج این پژوهش که در مرکز دینامیک کوانتومی در موسسه فیزیک هایدلبرگ انجام شده، در نشریه Science به چاپ رسیده است.