Ile fotonów jest potrzebnych do uruchomienia fotosyntezy?
„Bardzo łatwo jest zgubić pojedynczy foton” – zauważyli autorzy pracy opublikowanej właśnie w „Nature”. Rzeczywiście, cząstka elementarna wydaje się dość trudna do upilnowania, nawet jeśli jest się bardzo uważnym. A jednak naukowcom z Berkeley Lab oraz University of California udało się okiełznać pojedyncze nośniki promieniowania elektromagnetycznego. Zrobili to, ponieważ chcieli eksperymentalnie przetestować, czy to prawda, że fotosyntezę może uruchomić pojedynczy foton. Uczeni już od kilku dekad podejrzewali, że jest to możliwe, ale dotychczas brakowało odpowiednich metod weryfikacji tego założenia. Dopiero połączenie technologii oraz wiedzy optyków kwantowych i biologów pozwoliło zaprojektować odpowiednie doświadczenie.
Naukowcy najpierw wydobyli z fotosyntetyzujących komórek kluczowe struktury molekularne odpowiedzialne za przechwytywanie fotonu. To tzw. kompleks LH2 – system przypominający nieco grę w pinball, w którym kula przechodzi w zawrotnym tempie przez wieloelementową planszę gry. Z tą różnicą, że w fotosyntetyzującej „rozgrywce” konsoli jest kilka, a każda kolejna uruchamiana jest przez „kulę” wyskakującą z poprzedniego urządzenia.
Później uczeni wykorzystali tzw. fluorescencję parametryczną (spontaneous parametric down-conversion, SPDC). Jest to proces optyczny, który pozwala uzyskać z jednego wysokoenergetycznego fotonu dwie cząstki o niższej energii. W efekcie otrzymuje się parę splątanych, a więc zachowujących się bliźniaczo elementów. Osiągnąwszy ten cel, można wysłać jednego „bliźniaka” do kompleksu LH2, a drugiego – obserwować za pomocą bardzo precyzyjnego czujnika. Dzięki temu naukowcy potwierdzili, że foton trafił do fotosyntetyzującego systemu. W tym momencie potrzebowali jeszcze tylko dowodu na to, że cząstka nie tylko wniknęła do docelowej struktury, ale też uruchomiła przeprowadzany przez nią proces. W tym celu musieli dokonać jeszcze jednego pomiaru.
Z wcześniejszych badań wiadomo było, że jeśli do LH2 trafi światło o długości fali wynoszącej 800 nm, to kompleks ten wyemituje falę o długości 850 nm. Wyposażonym w tę wiedzę uczonym pozostało tylko upewnić się, że cząstki, którymi bombardują strukturę LH2, mają odpowiednie parametry (800 nm), a następnie zmierzyć, jakie są cechy fotonów po wyjściu z kompleksu (czy na pewno 850 nm).
Pomysłowy eksperyment zakończył się powodzeniem, ale – jak podają jego autorzy – wymagał przeprowadzenia miliardów pulsacyjnych emisji oraz detekcji. Mogłoby się wydawać, że to dość duży nakład pracy, jak na uzyskanie jednej odpowiedzi dotyczącej dość podstawowego, powszechnie występującego w przyrodzie procesu. Uczeni uważają jednak, że osiągnęli coś więcej, niż tylko potwierdzenie wcześniejszych założeń teoretycznych: dowiedli, że potrafią pracować z tak precyzyjnymi elementami, jak pojedyncze fotony.
To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Jeśli z niej korzystasz, powołaj się na źródło, czyli na www.projektpulsar.pl. Dziękujemy.