據美國物理學家組織網報道，美國研究人員日前開發出一種探測植物光合作用過程的新方法。該技術有助于加深人們對光合作用這一利用太陽能最有效的方式的理解，改進現有太陽能電池的設計，提高其轉換效率。相關論文發表在美國物理學學會期刊《化學物理學》上。
植物和其他光合生物之所以能夠吸收太陽能并將其轉化為能量，都是由于它們擁有的一種獨特的天線蛋白。這種蛋白由多種吸光色素組成，能夠捕獲太陽能并通過一系列的化學反應將其儲存起來。由于反應發生在一個極小的尺度上，天線蛋白之間會出現量子現象。當色素分子吸收光線時就會被激活成高能態，如果一個蛋白上的多種色素分子同時被激發就會出現量子疊加狀態，這種量子效應會使光合作用中產生的能量找到“最優路徑”，以近乎無損的方式進行傳遞，這也是光合作用在轉換效率上如此高效的“秘密”所在。
負責該項研究的美國加州大學伯克利分校的格雷厄姆·弗萊明和他的同事選用了一種天線蛋白作為研究對象。通過分析透過蛋白質的激光的變化，就能判斷出其中是否出現了量子疊加狀態。
研究人員首先用兩種不同頻率的激光對其進行激活，而后再用第三種激光脈沖照射蛋白質，使其釋放能量。結果發現他們所接收到的激光的頻率與起初發射出的并不相同，這意味著在蛋白質中成功實現了量子相干。
弗萊明說，以激光促使天線蛋白發生量子疊加的方法雖然此前也有科學家提出，但新方法不需要精確的時控脈沖，只需改變激光的頻率即可，相對而言更為簡單有效。
美國加州大學歐文分校的化學家沙烏爾·莫肯姆說，這一實驗很有趣，開創了一種激活天線蛋白的全新方式。對光合作用中能級和色素耦合的深入理解，將有助于構建出擁有類似功能的系統。
美國羅格斯大學化學家、《化學物理學》編輯埃德·卡斯納說：“粗略計算表明，太陽一小時內照射到地球表面的能量就能滿足人類一年的能源需求。解決目前人類所面臨的能源、可持續發展等問題，離不開對光合作用機制的深入理解。該研究有助于科學家們設計出更高效的太陽能電池，或許有一天我們就能通過光合作用的方式來輕松獲取能源。”
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