Доказано: биологическая молекула ведет себя как квантовая волна

Эксперимент открывает путь к новой эре квантовой биологии: впервые команда физиков из Австрии наблюдала квантовую интерференцию цепочки из 15 аминокислот.

Одна из загадок квантовой механики — корпускулярно-волновой дуализм. Свойство, благодаря которому микроскопические объекты могут вести себя и как волны, и как частицы. Ряд экспериментов доказал, что частица — к примеру, электрон или фотон — может взаимодействовать с собой как волна. А поскольку все объекты фундаментально квантовые по природе, у них у всех есть свойственная им длина волны. Так что в принципе макроскопические объекты тоже должны обладать корпускулярно-волновым дуализмом, пишет MIT Technology Review.

Физики еще не определили метод измерения волнообразной природы крупных объектов, но достигают все новых успехов на этом пути. Еще 1999 одна из команд продемонстрировала, например, корпускулярно-волновой дуализм молекул фуллерена.  

Армин Шайеги из Австрийского университета вместе с коллегами пошел еще дальше. Ученые впервые продемонстрировали квантовую интерференцию в молекулах грамицидина — природного антибиотика, состоящего из 15 аминокислот.

Их исследование закладывает основу изучения квантовых свойств биологических молекул, энзимов, ДНК и, возможно, даже простейших форм жизни, таких как вирусы.

Идея эксперимента, проведенного Шайеги, была относительно проста: нужно создать луч сверххолодных молекул грамицидина, а затем измерить интерференцию луча. Картина интерференции станет явным доказательством волновой природы этих молекул. Однако воплотить замысел оказалось сложнее.

Первой проблемой стало создание луча из отдельных биологических молекул — хрупких и легко распадающихся. Второй, еще более сложной, — измерить картину интерференции луча, поскольку длина волны луча составляет одну тысячную размера самой молекулы. Однако ученым удалось преодолеть все трудности.

Результат оказался вполне убедительным. «Делокализация молекулярной когеренции более чем в 20 раз превышает молекулярный размер», — сказал Шайеги. Такого рода «смещение» молекул было бы невозможно, если бы грамицидин был чистой частицей. Значит, он проявляет и свойства волны.

В прошлом году команда американских физиков исследовала молекулы рибофлавина с помощью квантовой запутанности. Этот метод позволил ученым увидеть новые взаимодействия в белке.