A fotossíntese é o processo pelo qual as plantas convertem a luz solar em energia e depende de um sistema de transferência de energia extremamente eficiente. Antes de poder ser convertida em energia química, a energia luminosa deve primeiro ser capturada e transmitida, um processo que ocorre quase instantaneamente e com perda mínima de energia. Um novo estudo da Cátedra de Espectroscopia Dinâmica da Universidade Técnica de Munique (TUM) revela que os efeitos da mecânica quântica desempenham um papel crucial neste processo de transferência de energia.
Através de medições e simulações precisas, uma equipa de investigação liderada pelos professores Erika Keil e Jürgen Hauer revelou como estes efeitos quânticos aumentam a eficiência da fotossíntese.
Aproveitar de forma eficiente a energia solar e armazená-la como energia química tem sido um desafio para os engenheiros. No entanto, a natureza resolveu este problema há milhares de milhões de anos. Um novo estudo mostra que a mecânica quântica não é apenas um conceito para os físicos, mas também desempenha um papel crucial nos processos biológicos.
As plantas verdes e outros organismos fotossintéticos utilizam a mecânica quântica para capturar e transmitir a luz solar com extraordinária eficiência. Como explica o professor Jürgen-Hauer: "Quando a luz é absorvida por uma folha, por exemplo, a energia de excitação do elétron é distribuída por vários estados de cada molécula de clorofila excitada; isso é chamado de superposição de estado excitado. Este é o primeiro estágio de uma transferência de energia quase sem perdas dentro e entre as moléculas, tornando possível a transmissão direta eficiente da energia solar. A mecânica quântica é, portanto, crucial para a compreensão dos primeiros passos na transferência de energia e separação de carga. "
O processo de transferência de energia da clorofila, que não pode ser satisfatoriamente compreendido apenas pela física clássica, ocorre continuamente em plantas verdes e outros organismos fotossintéticos (como as bactérias fotossintéticas). No entanto, o mecanismo exato permanece incompletamente elucidado. Hall e a primeira autora Erica Kyle acreditam que seu estudo estabelece novas bases importantes para elucidar como funciona a clorofila, o pigmento da clorofila.
A aplicação dessas descobertas ao projeto de dispositivos de fotossíntese artificial poderia ajudar a aproveitar a energia solar para gerar eletricidade ou conduzir pesquisas fotoquímicas com eficiência sem precedentes.
Neste estudo, os pesquisadores analisaram dois segmentos espectrais específicos onde a clorofila absorve luz: a região Q de baixa energia (faixa espectral do amarelo ao vermelho) e a região B de alta energia (faixa espectral do azul ao verde). A região Q consiste em dois estados eletrônicos diferentes acoplados pela mecânica quântica. Este acoplamento leva a uma transferência de energia sem perdas na molécula. O sistema então relaxa por “resfriamento” (isto é, liberando energia na forma de calor). Este estudo mostra que os efeitos da mecânica quântica podem ter uma influência decisiva em processos biologicamente relevantes.
Compilado de /ScitechDaily