چگونه مکانیک کوانتومی کارایی فتوسنتز را کامل می کند ؟
گیاهان از فیزیک کوانتومی برای جذب انرژی خورشیدی با کارایی تقریبا عالی استفاده می کنند. در حال حاضر دانشمندان در حال بررسی چگونگی اعمال این فناوری در نسل بعدی فناوری انرژی های تجدید پذیر هستند.
فتوسنتز ، فرآیندی که گیاهان برای تبدیل نور خورشید به انرژی استفاده می کنند ، بر یک سیستم انتقال انرژی بسیار کارآمد متکی است. قبل از اینکه نور به انرژی شیمیایی تبدیل شود ابتدا باید جذب و حمل شود ، فرآیندی که تقریبا بلافاصله و با حداقل اتلاف انر اتفاق می افتد. یک مطالعه جدید ازبخش طیف سنجی دینامیکی در دانشگاه فنی مونیخ نشان می دهد که اثرات مکانیکی کوانتومی نقش در این انتقال انرژی ایفا میکند. از طریق اندازه گیری ها شبیه سازی های دقیق یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور یورگن هاور کشف کردند که چگونه این اثرات کوانتومی به کارایی فتوسنتز کمک می کنند. راز کوانتومی طبیعت برای ذخیره انرژی خورشیدی استفاده بهینه از انرژی خورشیدی و ذخیره آن به عنوان انرژی شیمیایی برای مدت طولانی برای مهندسان یک چالش بوده است. با این حال ، طبیعت میلیارد ها سال پیش این مشکل را حل کرد. یک مطالعه جدید نشان می دهد که مکانیک کوانتومی فقط یک مفهوم برای فیزیکدانان نیست بلکه نقش مهمی در فرآیند های بیولوژیکی دارد. گیاهان سبز و دیگر موجودات که توسنتز می کنند از مکانیک کوانتومی برای جذب و انتقال نور خورشید با کارایی قابل توجهی استفاده می کنند. همانطور که پروفسور یورگن هاور توضیح می دهد : مثلا وقتی نور در برگ جذب می شود ، انرژی تحریک الکترونی در چندین حالت از هر مولکول کلروفیل برانگیخته توزیع می شود .این برهم نهی حالت های برانگیخته نامیده می شود. این اولین مرحله از انتقال انرژی تقریبا بدون تلفات درون وبین مولکول ها است و انتقال کارآمد انرژی خورشیدی را امکان پذیر می سازد. بنابراین مکانیک کوانتومی برای درک اولین مراحل انتقال انرژی وجداسازی بار بسیار مهم است .
کشف راز و رمز و حل معمای انتقال انرژی کلروفیل : این فرآیند که فیزیک کلاسیک به تنهایی نمی تواند آن را به طور رضایت بخشی درک کند ، دائما در گیاهان سبز و سایر موجودات فتوسنتزی مانند باکتری های فتوسنتزی رخ می دهد. با این حال مکانیسم های دقیق هنوز به طور کامل مشخص نشده محققان مطالعات خود را به عنوان یک مبنای جدید مهم در تلاش برای روشن کردن چگونگی عملکرد کلروفیل ، رنگدانه سبز برگ ، می دانند . استفاده از این یافته ها در طراحی واحد های فتوسنتز مصنوعی می تواند به استفاده از این یافته ها در طراحی واحد های فتوسنتز مصنوعی می تواند به استفاده از انرژی خورشیدی با کارایی بی سابقه برای تولید برق یا فیتوشیمی کمک کند.
نقش جفت کوانتومی در انتقال انرژی : برای این مطالعه محققان دو بخش خاص از طیف را بررسی کردند که در آن کلروفیل نور جذب می کند . ناحیه Q کم انرژی ( محدوده طیفی زرد تا قرمز ) و منطقه پر انرژی B ( آبی تا سبز ). ناحیه Q از دو حالت الکترونیکی مختلف تشکیل شده است که به صورت مکانیکی کوانتومی جفت شده اند . این جفت شدن منجر به انتقال انرژی بدون اتلاف در مولکول می شود . سپس سیستم از طریق خنک کردن یعنی با آزاد کردن انرژی به شکل گرما ، شل می شود. این مالعه نشان می دهد که اثرات مکانیک کوانتومی می توناد تاثیر تعیین کننده ای بر فرآیند های مربوط بیولوژیکی داشته باشد.
