التركيب الضوئي كمومي وليس تقليدي

تعريب: هاجر تمام

يجري مختبر غراهام فيلمنغ في جامعة كاليفورنيا تحقيقات على هذه المسألة منذ أكثر من عقد، مستخدماً تقنيّة تسمّى تحليل الفمتوثانية الطيفي «femtosecond spectroscopy». يقوم الفريق بشكل أساسي بتسليط موجات قصيرة من ضوء الليزر على عمليّة التركيب الضوئي في سبيل اكتشاف مسار الفوتون وهو يشقّ طريقه إلى مركز التفاعل. قام الفريق عام 2007 باستكشاف نظام بكتيري يسمّى تركيب FMO، حيث على الفوتون حامل الطاقة أن يجد طريقه عبر تجمّع لجزيئات الكلوروفيل. كان الاعتقاد السائد بأنّ الفوتون ينتقل مثل نوع من الجسيمات الكهربائيّة (أي بحسب الآليات التقليديّة) بحيث يقفز من جزيء كلوروفيل إلى آخر، لكنّ هذا لم يكن منطقياً. إنّ عدم امتلاك الفوتون لأيّ استشعار ملاحي، يجب أن يجعله يقفز على غير هدى في الاتجاهات الخاطئة، لينتهي به الأمر في المياه المجازيّة. لكن رغم ذلك، فإنّ ما يحدث داخل النبتة وفي البكتيريا التي تنجز عمليّة التركيب الضوئي، يجعل كامل حزم الفوتونات تقريباً تصل إلى مركز التفاعل.

عندما سلّط الفريق الليزر على النظام، لاحظوا صدى ضوئيّاً فريداً يأتي على شكل ضربات تشبه الأمواج. كانت هذه «الضربات الكموميّة quantum beats» إشارة على أنّ الفوتون النشط كان يستخدم ترابطاً منطقيّاً كموميّاً «quantum coherence» للانتقال في جميع المسارات المتاحة في ذات الوقت، وذلك عوضاً عن مسار واحد يعبر فيه نظام التركيب الضوئي. لقد تمّ الآن الكشف عن حدوث الضربات الكموميّة في العديد من أنظمة التركيب الضوئي، بما في ذلك تلك التي تحدث في النباتات العاديّة مثل السبانخ. ويبدو بأنّ أهمّ الاستجابات التي تحدث في المحيط الحيوي تستخدم العالم الكمومي بهدف تأمين الطعام على موائدنا.