自然在光合能量转移中并不依赖长寿命电子量子相干
生物物理
2022-06-01 v1 化学物理
量子物理
摘要
在光合作用的最初步骤中，入射太阳光子的能量被转化为光捕获生物分子复合体的电子激发能。随后向反应中心的能量转移通过激子准粒子来理解，这些准粒子在生物分子位点网格上运动，典型时间尺度小于100飞秒（fs）。自量子力学早期以来，这种能量转移被描述为非相干Forster跳跃，具有经典位点占据概率，但具有量子力学确定的速率常数。这一正统图像受到了利用Fenna-Matthews-Olson蛋白的超快光学光谱实验的挑战，其中报道了高达1.5皮秒的干涉振荡信号，并被解释为异常长寿命电子量子相干的直接证据。在此，我们表明该复合体在环境温度下水溶液中的光学二维光子回波谱并未提供任何长寿命电子量子相干的证据，而是证实了电子量子相干在60 fs时间尺度上快速衰减的正统观点。我们的结果没有任何迹象表明电子量子相干在真实光活性生物分子复合体中发挥任何生物功能作用。由于这种自然能量转移复合体相当小，并且具有结构明确的蛋白质，且细菌叶绿素之间的距离与其它光捕获复合体相当，我们预期该发现具有普遍性，并直接适用于更大的光活性生物分子复合体。
引用
@article{arxiv.1610.08425,
title = {Nature does not rely on long-lived electronic quantum coherence for photosynthetic energy transfer},
author = {Hong-Guang Duan and Valentyn I. Prokhorenko and Richard Cogdell and Khuram Ashraf and Amy L. Stevens and Michael Thorwart and R. J. Dwayne Miller},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.08425},
year = {2022}
}