CRONACAULISSE

La fisica c’è dentro le foglie delle piante

2727641537_eb38f81db3_bCRONACA – Riprodurre la perfezione dei meccanismi naturali in laboratorio non è sempre cosa facile, soprattutto quando sono implicate complesse proprietà della fisica. Eppure un gruppo di ricercatori dell’università di Heidelberg è riuscito a ricreare quello che accade a livello atomico durante la fotosintesi clorofilliana. La fotosintesi è il processo che le piante a foglia verde compiono per trasformare la luce del sole in energia elettrochimica. Quello che è sorprendente in questa reazione è che il trasferimento istantaneo dell’energia solare, dalle strutture capaci di assorbire la luce (le antenne) fino al centro di reazione elettrochimico, avviene senza disperdere energia, cioè con un’efficienza massima.

Cosa accade a livello atomico durante la fotosintesi per impedire la perdita di energia? Come creare in laboratorio qualcosa di simile? Per rispondere a queste domande, Matthias Weidemüller e Shannon Whitlock sono partiti da studi precedenti, secondo cui la fotosintesi sarebbe l’applicazione in natura di una proprietà fisica che si verifica solo a livello atomico, senza avere nessun fenomeno corrispondente a livello macroscopico. La proprietà, nota come entanglement, prevede che due particelle – ad esempio due elettroni – siano tra loro correlate: ogni cambiamento che avviene in una delle due si riflette nell’altra istantaneamente, anche se a livello spaziale sono separate.

Come spiegato nello studio pubblicato su Science lo scorso 7 novembre, per riprodurre il fenomeno in laboratorio, i ricercatori si sono serviti di una miscela di atomi allo stato gassoso, raffreddata a una temperatura prossima allo zero assoluto. Tra gli atomi della miscela vi sono anche quelli che fanno parte della famiglia di atomi di Rydberg, che hanno la caratteristica di acquisire un raggio molto grande, una volta eccitati da una luce laser. Ciò accade perché l’elettrone più esterno eccitato si trova in un’orbita molto lontana dal nucleo. Questa caratteristica conferisce agli atomi di Rydberg proprietà elettromagnetiche particolari, che permettono loro di trasferire l’energia acquisita a un altro atomo di Rydberg, in modo simile alla trasmissione che avviene tra radio-trasmittenti.

Quello che ha sorpreso i ricercatori è il fatto di aver potuto vedere come avviene questo trasferimento dell’energia. Se una cinquantina di atomi si dispone all’interno di un raggio ben definito intorno all’atomo di Rydberg colpito dal laser, è possibile vedere un alone luminoso intorno all’atomo di Rydberg. Infatti l’energia da quest’ultimo si trasferisce agli atomi vicini, come l’inchiostro diffonde nell’acqua. L’energia cioè non è localizzata su un solo atomo, ma si distribuisce su più atomi contemporaneamente, influenzando il trasferimento dell’energia acquisita da un atomo di Rydberg all’altro.

Una cosa simile dovrebbe accadere anche nelle foglie delle piante: è l’ambiente che circonda le antenne che rende così efficiente il trasferimento di energia. La speranza dei ricercatori di Heidelberg è di acquisire presto nuove conoscenze riguardo all’ambiente in cui lavorano le antenne implicate nella fotosintesi, in modo da ricreare i prodigi della natura anche in sistemi artificiali, come i pannelli fotovoltaici.

Crediti immagine: Luigi Torreggiani, Flickr

Giulia Annovi
Mi occupo di scienza e innovazione, con un occhio speciale ai dati, al mondo della ricerca e all'uso dei social media in ambito accademico e sanitario. Sono interessata alla salute, all'ambiente e, nel mondo microscopico, alle proteine.

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