Mendengarkan ketukan kuantum dapat mengungkapkan ritme kompas migrasi burung | Riset

Mendengarkan ketukan kuantum dapat mengungkapkan ritme kompas migrasi burung |  Riset post thumbnail image

Game khusus Data SGP 2020 – 2021.

Sebuah metode untuk mendeteksi ketukan kuantum – osilasi yang sangat singkat antara keadaan spin dalam pasangan radikal – telah ditemukan oleh para peneliti di Jerman dan Rusia. Mampu mengamati osilasi kuantum secara langsung dapat membantu para ilmuwan mengungkap cara kerja kompas magnetik burung yang bermigrasi, yang diyakini didasarkan pada mekanisme pasangan radikal.

Pasangan radikal adalah sistem, dua molekul misalnya, dengan dua elektron tidak berpasangan. Elektron berperilaku seperti magnet mikroskopis, memiliki sifat mekanika kuantum yang dikenal sebagai spin yang memberi mereka momen magnetik. Putaran dua elektron yang tidak berpasangan dapat bersifat antiparalel (singlet) atau paralel (triplet) satu sama lain.

Kebanyakan molekul adalah singlet, meskipun oksigen molekuler adalah pengecualian sehari-hari. Ketika mereka membuat pasangan radikal, pasangan itu juga singlet. Tapi itu tidak tetap seperti itu untuk waktu yang lama. Elektron yang tidak berpasangan berinteraksi dengan medan magnet kecil dari inti di sekitarnya, yang menyebabkan mereka beralih antara keadaan singlet dan triplet – sebuah fenomena yang dikenal sebagai pemukulan kuantum. ‘Kinetika ketukan kuantum semacam ini agak luar biasa karena kinetika kimia biasanya selalu secara monoton mendekati beberapa keadaan setimbang,’ jelas Ulrich Steiner dari Universitas Konstanz, yang memimpin penelitian bersama dengan Christoph Lambert dari Universitas Würzburg.

Sementara ketukan kuantum telah dikenal sejak 1970-an, mengamatinya secara langsung tetap menantang. Osilasi berlangsung kurang dari 100 nanodetik – beberapa ketukan – sebelum diredam, dan putaran berakhir dalam keseimbangan statistik. Akhirnya, radikal bergabung kembali.

Gambar yang menunjukkan ketukan kuantum

Steiner dan timnya telah menemukan metode untuk mengamati secara langsung ketukan kuantum. Mereka menggunakan pulsa laser untuk membuat pasangan radikal dalam molekul besar. Pulsa laser kedua kemudian mendorong radikal untuk bergabung kembali saat mereka berada di tengah pemukulan kuantum. Karena pasangan radikal mempertahankan keadaan putarannya ketika mereka bergabung kembali – misalnya pasangan triplet akan membuat produk triplet – ‘kita paksa [the system] untuk memberi tahu kami tentang status putaran di mana itu [in] pada saat pulsa laser’, Steiner menjelaskan.

Dengan menerapkan dorongan dari pulsa laser kedua pada waktu yang berbeda setelah pembentukan pasangan radikal, tim dapat memetakan ketukan kuantum sistem. Mereka juga bisa menunjukkan bahwa medan magnet eksternal memperlambat ketukan.

Grafik dengan satu garis melengkung ke bawah dan garis lainnya berosilasi di bawahnya

Ilya Solov’yov, yang memimpin kelompok biologi kuantum di Universitas Oldenburg, Jerman, berpikir bahwa menerapkan metode pada protein atau konstruksi mirip protein dapat membantu mereka mengungkap mekanisme kimia kuantum di balik kemampuan burung yang bermigrasi untuk merasakan medan magnet bumi. , yang kemungkinan didasarkan pada mekanisme pasangan radikal. Salah satu target yang menjanjikan untuk penyelidikan lebih lanjut adalah kriptokrom, keluarga protein yang diduga terlibat dalam magnetoresepsi pada hewan. ‘Akan sangat menyenangkan untuk melihat apa yang akan terjadi jika kita mulai mengubah intensitas medan magnet, dan mungkin juga mencoba merancang eksperimen di mana kita mencoba melihat hasil yang serupa sebagai fungsi dari arah medan magnet,’ tambahnya .

‘Ini termasuk dalam wilayah abu-abu moral antara kuantum dan klasik,’ kata fisikawan teoretis Kanupriya Sinha dari Universitas Princeton, AS, yang telah mempelajari ketukan kuantum dalam atom rubidium. Dia menunjukkan bahwa molekul yang dirancang tim Steiner jauh lebih besar dan lebih kompleks daripada kebanyakan fisikawan sistem bekerja dengannya, namun osilasinya menunjukkan bahwa itu koheren kuantum. ‘Karena kita belum tahu bagaimana dunia klasik muncul dari mekanika kuantum, eksperimen dalam rezim ini sangat berharga untuk memajukan pemahaman kita tentang fisika fundamental.’

Related Post