La física cuántica nos enseña que las partículas no observadas pueden propagarse a través del espacio como ondas. Esto es filosóficamente intrigante y de relevancia tecnológica: un equipo de investigación ha demostrado que la combinación de interferometría cuántica experimental con química cuántica permite obtener información sobre las propiedades ópticas y electrónicas de las biomoléculas, aquíejemplificado con un conjunto de vitaminas.
interferencia cuántica y metrología con moléculas
A pesar de que las vitaminas juegan un papel central en la biología, sus propiedades físicas en fase gaseosa aún están menos estudiadas. El potencial de los métodos cuánticos en estudios biomoleculares, ahora se ha explorado en la Universidad de Viena. Para ese propósito, Lukas Mairhofer, Sandra Eibenberger y sus colegas en el grupo de investigación alrededor de Markus Arndt en la Universidad de Viena, prepararon haces moleculares de pro vitaminas A, E y K1, que son β-carotina, α-tocoferol y filoquinón. Estas moléculas vuelan a gran altura.aspire a través de una disposición de tres nanogratings. La primera rejilla fuerza a cada molécula a través de una de aproximadamente mil rendijas, cada una de ellas de solo 110 nanómetros de ancho. Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, esta restricción de la posición molecular implica una indeterminación de la dirección molecular devuelo: la molécula está espacialmente "deslocalizada". Esto prepara el estado de movimiento de cada molécula de tal manera que se hace imposible, incluso en principio, seguirbaja el camino de la molécula a través del experimento.
La segunda rejilla se realiza con un rayo láser verde de alta potencia que se refleja en un espejo dentro del vacío. Se forma una onda de luz estacionaria, es decir, una matriz periódica de regiones de alta y baja intensidad de luz. Cuando lleganen esta segunda rejilla, cada molécula ya está deslocalizada de modo que sus funciones de onda cubren varias regiones brillantes y oscuras, a pesar de que estas están más de cien veces separadas que el tamaño de cada molécula. Dentro de las zonas brillantes y oscuras, las moléculas son máso menos acelerado. Esto modula el frente de onda cuántica extendido. Dado que las moléculas no siguen un camino bien definido sino una superposición de posibles caminos a través de la máquina, surge un patrón de interferencia: esta es una distribución periódica de probabilidades para encontrar una moléculaen una ubicación determinada. Este patrón se compara con la tercera rejilla, que es una copia de la primera rejilla de nitruro de silicio.
regla cuántica para biomoléculas
El patrón de interferencia estructurado ultrafino se usa como una regla cuántica para leer las desviaciones nanométricas del haz molecular, que son difíciles de medir según los métodos establecidos. La modulación y la posición del patrón de interferencia permiten extraer información sobre la interacción delas biomoléculas con campos externos. Esto incluye la interacción con el haz de láser de difracción, así como con un campo eléctrico controlado que cambia el patrón de densidad molecular. Los investigadores usan esto para determinar las propiedades electrónicas y ópticas de moléculas biológicamente relevantes, aquí el provitaminas A, E y K1. La provitamina A, por ejemplo, juega un papel importante en la fotosíntesis. Lukas Mairhofer, autor principal de este estudio, está contento: "Tenemos una herramienta universal para mejorar las mediciones de las propiedades biomoleculares".
Comparación con simulaciones moleculares
Los resultados experimentales se compararon con simulaciones. Para ese propósito, las simulaciones clásicas de dinámica molecular describen la evolución temporal de la estructura molecular y se combinan con la teoría funcional de densidad para evaluar las propiedades electrónicas. Esto da como resultado un buen acuerdo entre el experimento y la teoría.La combinación de interferometría de moléculas y química cuántica sirve como ejemplo para la colaboración exitosa en la interfaz entre la óptica cuántica y la química física.
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Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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