Cientistas encontram ligação entre a fotossíntese e o quinto estado da matéria

Prévia do material em texto

1/2
Cientistas encontram ligação entre a fotossíntese e o “quinto
estado da matéria”
Um estudo da Universidade de Chicago encontrou ligações no nível atômico entre fotossíntese e condensados de
excitons – um estranho estado da física que permite que a energia flua sem atrito através de um material. A descoberta
é cientificamente intrigante e pode sugerir novas maneiras de pensar sobre o design de eletrônicos, disseram os
autores. Imagem cortesia da Universidade de Chicago
Dentro de um laboratório, os cientistas se maravilham com um estado estranho que se forma quando esfriam os
átomos para quase zero absoluto. Fora da janela, as árvores recolhem a luz do sol e as transformam em novas
folhas. Os dois parecem não relacionados, mas um novo estudo da Universidade de Chicago sugere que esses
processos não são tão diferentes como podem parecer na superfície.
O estudo, publicado na PRX Energy em 28 de abril, encontrou ligações no nível atômico entre a fotossíntese e os
condensados de excitons – um estranho estado da física que permite que a energia flua sem fricção através de um
material. A descoberta é cientificamente intrigante e pode sugerir novas maneiras de pensar sobre o design de
eletrônicos, disseram os autores.
“Até onde sabemos, essas áreas nunca foram conectadas antes, então achamos isso muito convincente e
emocionante”, disse o co-autor do estudo. David Mazziotti (em inglês).
O laboratório de Mazziotti é especializado em modelar as complicadas interações de átomos e moléculas à medida
que exibem propriedades interessantes. Não há como ver essas interações a olho nu, para que a modelagem
computacional possa dar aos cientistas uma janela sobre o comportamento acontece – e também pode fornecer
uma base para projetar tecnologia futura.
Em particular, Mazziotti e os coautores do estudo Anna Schouten e LeeAnn Sager-Smith têm modelado o que
acontece no nível molecular quando ocorre a fotossíntese.
2/2
Quando um fóton do sol atinge uma folha, ele acende uma mudança em uma molécula especialmente projetada. A
energia solta um elétron. O elétron, e o “buraco” onde já foi, agora podem viajar ao redor da folha, transportando a
energia do sol para outra área onde desencadeia uma reação química para fazer açúcares para a planta.
Juntos, esse elétron-e-buraco-par é referido como um “exciton”. Quando a equipe tirou uma visão panorâmica e
modelou como vários excitons se movem, eles notaram algo estranho. Eles viram padrões nos caminhos dos
excitons que pareciam notavelmente familiares.
Na verdade, parecia muito com o comportamento em um material que é conhecido como condensado de Bose-
Einstein, às vezes conhecido como “o quinto estado da matéria”. Neste material, os excitons podem se conectar ao
mesmo estado quântico – como um conjunto de sinos, todos tocando perfeitamente em sintonia. Isso permite que a
energia se mova em torno do material com zero atrito. (Esses tipos de comportamentos estranhos intrigam os
cientistas porque podem ser as sementes para uma tecnologia notável – por exemplo, um estado semelhante
chamado supercondutividade é a base para máquinas de ressonância magnética).
De acordo com os modelos criados por Schouten, Sager-Smith e Mazziotti, os excitons em uma folha às vezes
podem se conectar de maneiras semelhantes ao comportamento de condensado de exciton.
Foi uma grande surpresa. Os condensados de Exciton só foram vistos quando o material é resfriado
significativamente abaixo da temperatura ambiente. Seria como ver cubos de gelo se formando em uma xícara de
café quente.
“A captação de luz fotossintética está ocorrendo em um sistema que está à temperatura ambiente e, além disso, sua
estrutura é desordenada – muito diferente dos materiais cristalizados puros e temperaturas frias que você usa para
fazer condensados em excitons”, explicou Schouten.
Este efeito não é total – é mais parecido com “terras” de condensados se formando, disseram os cientistas. “Mas
isso ainda é suficiente para melhorar a transferência de energia no sistema”, disse Sager-Smith. Na verdade, seus
modelos sugerem que pode tanto dobrar a eficiência.
Isso abre algumas novas possibilidades para a geração de materiais sintéticos para a tecnologia futura, disse
Mazziotti. “Um condensado ideal perfeito de exciton é sensível e requer muitas condições especiais, mas para
aplicações realistas, é emocionante ver algo que aumenta a eficiência, mas pode acontecer em condições
ambientais.”
Mazziotti disse que a descoberta também joga em uma abordagem mais ampla que sua equipe vem explorando há
uma década.
As interações entre átomos e moléculas em processos como a fotossíntese são incrivelmente complexas – difíceis
até mesmo para um supercomputador lidar – então os cientistas tradicionalmente tiveram que simplificar seus
modelos para lidar com eles. Mas Mazziotti acha que algumas partes precisam ser deixadas: “Achamos que a
correlação local de elétrons é essencial para capturar como a natureza realmente funciona”.