Des effets quantiques observés dans la photosynthèse

Une étude suggère l’observation d’effets quantiques dans le processus de la photosynthèse. L’étude est assez intéressante, mais il faudra la reproduire pour être sûr des résultats.


Une étude suggère l'observation d'effets quantiques dans le processus de la photosynthèse. L'étude est assez intéressante, mais il faudra la reproduire pour être sûr des résultats.

Les molécules, impliquées dans la photosynthèse, présentent les mêmes effets quantiques que la matière non vivante conclut une équipe internationale de scientifiques dont Thomas La Cour Jansen, physicien théoricien à l’université de Groningue. C’est la première fois que le comportement de la mécanique quantique est prouvé dans les 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 par la nature. Les résultats ont été publiés dans Nature Chemistry.1

Depuis plusieurs années, 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’on les observe. On peut mieux le percevoir avec 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 de la fiole est verrouillé avec un système quantique, alors il peut être simultanément ouvert ou fermé de sorte que le chat est dans un mélange d’états mort et vivant jusqu’à ce que nous ouvrions la boîte et observions le système. C’est précisément le comportement apparent des électrons.

De simples vibrations plutôt que d’effets quantiques dans une expérience précédente

Dans des recherches antérieures, les scientifiques avaient déjà trouvé des signaux suggérant que les molécules, qui collectaient de la lumière, dans les bactéries peuvent être excitées dans deux états simultanément. En soi, cela a prouvé l’implication des effets mécaniques quantiques, mais dans ces expériences, cet état excité durait plus de 1 picoseconde (0,000 000 000 001 seconde). C’est beaucoup plus long que ce que l’on pourrait attendre d’après la théorie de la mécanique quantique.

Jansen et ses collègues montrent dans leur publication que cette observation antérieure est fausse. Nous avons montré que ces effets quantiques étaient simplement des vibrations régulières des molécules. Par conséquent, l’équipe a continué la recherche. Nous nous demandions si nous pourrions observer cette situation de chat de Schrödinger.

La superposition

Ils ont utilisé différentes polarisations de lumière pour effectuer des mesures dans des Chlorobi qui sont des bactéries sulfureuses vertes capables de collecter la lumière. Ces bactéries possèdent un complexe photosynthétique constitué de 7 molécules sensibles à la lumière. Un photon va exciter 2 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 devrait montrer un signal oscillant spécifique selon Jansen. Et c’est bien ce que nous avons vu et nous avons aussi trouvé des effets quantiques qui avaient une durée prédite par la mécanique quantique. Et nous avons prouvé qu’ils appartiennent à l’énergie superposée simultanément à deux molécules. 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, biologiques et non biologiques. C’est une observation intéressante pour quiconque s’intéresse au monde fascinant de la mécanique quantique et les résultats peuvent jouer un rôle dans le développement de nouveaux systèmes tels que le stockage de l’énergie solaire ou le développement d’ordinateurs quantiques.

Sources

1.
Identification and characterization of diverse coherences in the Fenna-Matthews-Olson complex. Nature Chemistry. 10.1038/s41557-018-0060-5″ target=”_blank” rel=”noopener noreferrer”>http://dx.doi.org/10.1038/s41557-018-0060-5. Published May 21, 2018. Accessed May 21, 2018.
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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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