النباتات تساعد في كشف أسرار الحالة الخامسة للمادة

ساعدت النباتات علماء الفيزياء في اكتشاف أسرار الحالة الخامسة للمادة، عبر رصد عملية التمثيل الضوئي.

وأجرى مجموعة من علماء الفيزياء في جامعة شيكاغو الأمريكية دراسات وأبحاث بشأن عملية التمثيل الضوئي في النباتات، واكتشفوا وجود حالة خامسة للمادة غير الحالات الـ4 المعروفة، وهي الحالات الصلبة والسائلة والغازية والبلازما.

الحالة الخامسة

حسب ما أورده موقع Study Finds، في تقرير نشره الأربعاء 17 مايو 2023، قال الباحثون إن الصلة بين المستوى الذري لعملية التمثيل الضوئي ومكثفات «الإكسيتون»، وهي الحالة الفيزيائية التي تسمح بتدفق الطاقة دون احتكاك عبر مادة، لم يلاحظها أحد من قبل.

وأشار الموقع إلى أن النتائج التي توصل إليها فريق البحث الأمريكي قد تحفز أفكارًا جديدة للتفكير في التصميمات الإلكترونية، مثل تحسين ميزات أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي.

تفاعل كيميائي

أوضحت الدراسة أن التمثيل الضوئي يحدث حين تحبس النباتات ضوء الشمس في أوراقها وتحوله إلى طاقة، أما على المستوى الذري، فتطلق الشمس جزيئات طاقة تسمى الفوتونات، وعندما يصطدم فوتون من الشمس بورقة ما، فإنه يتسبب في تغيير جزيء مصمم خصيصًا ليفقد إلكترونًا.

وتابعت أن الإلكترون والفجوة الموجود به يمكن أن ينتقل الآن حول الورقة ويحمل طاقة الشمس، وفي أثناء تنقله، يتسبب في تفاعل كيميائي ينتج عنه السكريات والنشويات في النباتات، ويُطلق على زوج الإلكترون المتنقل اسم “إكسيتون”.

مكثف بوز-آينشتاين

أفاد الموقع العلمي بأن فريق البحث وضع نموذجًا لكيفية تحرك الإكسيتونات المتعددة، ولاحظوا سلوكًا غريبًا، وهو أن الأنماط في مسارات الإكسيتونات تشبه سلوك مادة تُعرف باسم “مكثف بوز-آينشتاين”، المعروف باسم “الحالة الخامسة للمادة”.

وذكر أن مكثف بوز-آينشتاين يحتوي على مجموعته الخاصة من الإكسيتونات، التي ترتبط بنفس الحالة الكمومية، مثل مجموعة من الأجراس التي تدق في تناغم تام، وتتحرك الطاقة حول المادة دون احتكاك، وأظهرت النماذج أن الإكسيتونات الموجودة في الورقة قد تترابط بطرق مشابهة لسلوك مكثف الإكسيتون.

نمذجة حاسوبية

أوضح الموقع أن الأستاذ في جامعة شيكاغو والمؤلف المشارك للدراسة، ديفيد مازيوتي، يعمل على نمذجة التفاعلات المعقدة للذرات والجزيئات، وتخلق النمذجة الحاسوبية نافذة للعلماء لمعرفة سبب تحرك الذرات والجزيئات بطريقة معينة. وركز مازيوتي اهتمامه على التمثيل الضوئي على المستوى الجزيئي.

ويتطلب تكثيف الإكسيتون المثالي الكثير من الظروف الخاصة التي يصعب تكرارها عند التطبيق الواقعي، بالإضافة إلى أن التفاعل بين الذرات والجزيئات شديد التعقيد، ولكن فريق البحث بسط نماذجه ليتمكن من فحصها. ومع ذلك، يمكن أن تسهم النتائج في إخراج تصاميم أكثر واقعية يمكن أن تعزز الكفاءة بمتطلبات طاقة أقل.

اقرأ أيضًا| تطوير لاصق قابل للتحلل لمراقبة صحة النباتات

اقرأ أيضًا| «أشجار سائلة» للحد من تلوّث الهواء في المناطق الحضرية