biophysique

En résumé, nous avons réexaminé les aspects quantiques de la récolte de lumière dans la photosynthèse. Il est apparu clairement, à partir de considérations de base, qu'il n'y a pas d'équivalence entre la quanticité des processus et les cohérences observées dans les expériences de spectroscopie femtoseconde. Même la question très fondamentale de savoir si les cohérences non stationnaires des systèmes photosynthétiques peuvent être excitées par la lumière du soleil n'a pas encore été totalement clarifiée. Quelle que soit la configuration la préparation de l'état, la dynamique sera régie par les couplages associés du système et son interaction avec son environnement (bath)*. En outre, les affirmations concernant la persistance de ces cohérences dans les expériences femtoseconde ont été réévaluées de manière critique. En particulier, l'analyse détaillée d'un système  exemplaire utilisée en biologie quantique - le complexe FMO** - montre sans ambiguïté l'absence de cohérence interexcitonnelle de longue durée sur les échelles de temps pertinentes dans ce système, à la fois aux températures cryogéniques et physiologiques. Au contraire, il est devenu évident que les signaux oscillants à longue durée de vie proviennent de modes vibratoires principalement issu de l'état électronique fondamental. Des analyses de données plus avancées et des traitements théoriques utilisant une paramétrisation réaliste de l'environnement modélisé (bath) sont nécessaires pour identifier clairement les signaux de cohérence. La discussion approfondie sur l'attribution antérieure de ces signatures spectrales, qui se développe dans la communauté depuis une décennie, souligne cette nécessité.

Le principal résultat positif de ce travail est l'amélioration des méthodes théoriques et expérimentales qui ont conduit à une meilleure compréhension des interactions système-bath responsables de la décohérence et de la dissipation dans les structures biologiques. La nature ne produit pas le bain (bath) pour éviter la décohérence des processus fonctionnels directs ; une telle approche ne serait certainement pas robuste. La nature, plutôt qu'essayer d'éviter la dissipation, l'exploite spécifiquement avec l'ingénierie des énergies sur site via le couplage excitonique* pour le transport direct de l'énergie. Le rôle des paramètres thermodynamiques dans le pilotage des fonctions biologiques est bien apprécié à d'autres niveaux. Ici, nous voyons que ce principe s'applique même aux processus de transfert d'énergie impliqués dans la photosynthèse qui se produisent sur des échelles de temps probablement plus rapides. La physique de base de la thermalisation étant utilisée pour imprimer une direction. Ce concept simple, maîtrisé par la nature dans toutes les dimensions temporelles et spatiales pertinentes, est une véritable merveille de la biologie. 

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Info: https://advances.sciencemag.org, 3 avril 2020. "Quantum biology revisited. Conclusions". By Jianshu Cao, Richard J. Cogdell, David F. Coker, Hong-Guang Duan, Jürgen Hauer, Ulrich Kleinekathöfer, Thomas L. C. Jansen, Tomáš Mančal, R. J. Dwayne Miller, Jennifer P. Ogilvie, Valentyn I. Prokhorenko, Thomas Renger, Howe-Siang Tan, Roel Tempelaar, Michael Thorwart, Sebastian Westenhof, Donatas Zigmantas. *En physique, un système quantique ouvert est un système de quantique qui interagit avec un système quantique externe (bath). En général, ces interactions modifient considérablement la dynamique du système et entraînent une dissipation quantique, de sorte que les informations contenues dans le système sont perdues pour son environnement. Comme aucun système quantique n'est complètement isolé de son environnement, il est important de développer un tel cadre théorique pour traiter ces interactions afin d'améliorer la compréhension des systèmes quantiques. **Complexe Fenna-Matthews-Olson : complexe hydrosoluble, a été le premier complexe pigment-protéine à être analysé par spectroscopie aux rayons X ***Un exciton est une quasi-particule que l'on peut voir comme une paire électron-trou liée par des forces de Coulomb. Une analogie consiste à comparer l'électron et le trou respectivement à l'électron et au proton d'un atome d'hydrogène. Ce phénomène se produit dans les semi-conducteurs et les isolants. Mise en forme Mg

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physique photonique

Quantifier la quantification : un projet mathématique "d'une immense beauté".

Les chercheurs mettent au point une méthode pour déterminer le degré de quantification de l'état d'un système.

Tout grand objet : balle de base-ball, véhicule, planètes, etc, se comporte conformément aux lois classiques de la mécanique formulées par Sir Isaac Newton. Les petits, comme les atomes et les particules subatomiques, sont régis par la mécanique quantique, où un objet peut se comporter à la fois comme une onde et comme une particule.

La frontière entre le domaine classique et le domaine quantique a toujours été d'un grand intérêt. Les recherches rapportées dans AVS Quantum Science par AIP Publishing, examinent la question quant à savoir ce qui fait qu'une chose est "plus quantique" qu'une autre. Existe-t-il un moyen de caractériser la "quanticité" ? Les auteurs indiquent qu'ils ont trouvé une approche pour le faire.

Le degré de quanticité est important pour des applications telles que l'informatique et la détection quantiques, qui offrent des avantages que l'on ne trouve pas dans leurs équivalents classiques. Pour comprendre ces avantages, il faut à son tour comprendre le degré de quanticité des systèmes physiques concernés.

Plutôt que proposer une échelle dont les valeurs seraient associées au degré de quanticité, les auteurs de cette étude examinent les extrêmes, à savoir quels sont les états les plus, ou les moins... quantiques. Selon l'auteur Luis Sanchez-Soto, l'idée de cette étude est venue d'une question posée lors d'une réunion scientifique.

"Je donnais un séminaire sur ce sujet lorsque quelqu'un m'a posé la question suivante : 'Vous, les gars de l'optique quantique, vous parlez toujours des états les plus classiques, mais qu'en est-il des états les plus quantiques?'", 

On a compris depuis longtemps que les états dits cohérents peuvent être décrits comme quasi-classiques. Ils se produisent, par exemple, dans un laser, où la lumière provenant de plusieurs sources de photons est en phase, par conséquence dans un état très peu quantique.

Un tel système quantique peut être représenté mathématiquement par des points, plus ou moins nombreux, que l'on répartit sur une sphère, souvent en les intriquant sur spectre de couleurs pour avoir une meilleure représentation de ce qu'on appelle en général "constellation de Majorana". Pour les états cohérents, la constellation est simplement un point unique. Par conséquent ceux qui sont les plus quantiques présentent des configurations plus riches/nombreuses qui recouvrent plus richement la sphère. Les sphères pouvant être modélisées de plusieurs manières : par un simple cercle où sont disposés les "points quantiques", via les répartitions de couleurs, voire en usant de ces point de polarités pour transformer chaque sphère en un polyèdre plus ou moins complexe. 

Les chercheurs, après avoir examiné plusieurs autres approches de scientifiques ayant exploré les quanta, et en prenant en compte la constellation de Majorana pour chacune d'entre elles, s'étaient sont alors demandés comment répartir au mieux, ou le plus uniformément, l'ensemble des points sur une sphère dans le cadre de cette approche. 

C'est ainsi que Sanchez-Soto et ses collègues, en abordant la quanticité sous cet aspect, ont réalisé qu'il s'agissait d'un projet mathématique non seulement utile, mais "d'une immense beauté".

Auteur: Internet

Info: https://www.newswise.com. 12 nov 2020

[ électrons ]