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Biocuántica

Se Confirma el Olfato Cuántico

Avanza la Biocuántica como Ciencia, antes la atacaban de pseudociencia. Es posible que en el futuro se certifique la "Curación Cuántica" como ciencia también.

 

Más sobre el olfato cuántico

Encuentran más pruebas que apoyan la nueva teoría según la cual el sentido del olfato depende también de ciertas propiedades cuánticas.

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Desde hace unos años venimos siguiendo en NeoFronteras una nueva teoría sobre el olor según la cual en el sentido del olfato estarían implicados mecanismos mecánico-cuánticos.  
La teoría más aceptada dice que los receptores que poseemos han evolucionado para que determinadas moléculas de olor encaje específicamente en sus correspondientes receptores y disparen una repuesta nerviosa. Los receptores son proteínas plegadas de manera específica y están situadas en las membranas celulares de las células nerviosas de nuestro sentido el olfato o, de manera equivalente, en las antenas de los insectos y otros sistemas dedicados a esta función.
Este mecanismo exige que se reconozca la forma las moléculas y que dos moléculas con la misma forma disparen la misma respuesta. Pero esto no explica cómo somos capaces de reconocer muchos más olores que receptores tenemos, ni por qué moléculas muy similares provocan sensaciones olfativas tan distintas. Así por ejemplo, la molécula que da el olor al vodka y la que da su olor a los huevos podridos son casi idénticas.
Desde hace un tiempo se está desarrollando esta nueva teoría según la cual serían las vibraciones características de las moléculas las que serían analizadas por los receptores y provocarían una respuesta independientemente de la forma de la molécula. El mecanismo mecánico-cuántico implicado se basa en que los electrones son capaces de pasar por el receptor sólo si vibran a la misma frecuencia que la molécula. Normalmente la energía necesaria para que esto suceda es muy alta, pero si se da esta circunstancia el electrón pasa por efecto túnel a través de la barrera de potencial y entonces se dispara la respuesta.
Desde que se propuso esta nueva idea ha habido cierto escepticismo contra la misma, así que Maribel Franco y Efthimios Skoulakis, del Instituto Alexander Fleming de Atenas, y Luca Turin y sus colaboradores del MIT realizaron hace un tiempo unos experimentos ingeniosos con moscas para ponerla a prueba. Estos animalitos eran capaces de distinguir moléculas idénticas bajo el punto de vista químico, pero que tenían distinto modo de vibración al haberse usado distintos isótopos para su síntesis.
Ahora, Luca Turin y su equipo han realizado nuevos experimentos con los que pretende corroborar, una vez más, la nueva teoría. Esta vez los experimentos se han realizado con humanos.
En este caso se ha usado deuterio, que es un isótopo de hidrógeno pesado cuyo núcleo contiene un protón y un neutrón, mientras que el hidrógeno ordinario sólo tiene un protón. Deuteraron diferentes moléculas y el resultado fue que olían diferente a sus compañeras fabricadas con hidrógeno ordinario. Recordemos que según la teoría establecida, al tener ambos tipos de moléculas propiedades químicas idénticas, la respuesta de los receptores del olor debía de ser la misma.
Según la nueva teoría, el nuevo peso (mayor) haría que las moléculas vibraran de manera distinta y por tanto sí se podrían distinguir.
Sin embargo, la versión molecular pesada que las moscas podían distinguir no parece que pueda ser distinguida por humanos, tanto según esta nueva investigación como según otras investigaciones anteriores. Esto ha servido para que los críticos de la nueva teoría sigan atacando.
El nuevo resultado apoya la nueva teoría, pero no es concluyente. Por tanto, seguirá siendo necesario seguir investigando.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4023

Fuentes y referencias:
Noticia en Scientific American.
Artículo original.
¿Se basa el olfato en un efecto cuántico?
Moscas, olores e isótopos.
Foto de cabecera: Dennis Wong, vía Flickr.

Indician Conexión Entre Efecto Casimir y Bioquímica de Lípidos

La biocuántica es ya una nueva ciencia y los fenómenos cuánticos en el mundo biológico nos permiten interpretar fenómenos misteriosos como la conciencia y la intuitividad trascendente que comunmente se llama "espiritualidad". El Efecto Casimir nos muestra la interactuación entre el ilógico y extraño mundo cuántico microscópico y el relativo mundo "lógico" clásico macroscópico. No es un apoyo total a la llamada "misticidad cuántica" mas sí suma un indicio más a la teoría del "Universo Holográfico" que así ya toma cuerpo teórico en lo científico. El artículo ha sido publicado en la prestigiosa y científicamente rigurosa revista Nature, traducido y publicado líbremente por Neofronteras.

 

Efecto Casimir sobre proteínas de membrana

 

Área: Biología, Física — Martes, 16 de Octubre de 2012

 

Las proteínas que están en las membranas celulares sufrirían la fuerza de Casimir y esto les permitiría comunicarse entre sí y estimular una respuesta frente al ambiente.

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Somos la única especie conocida capaz de hacer que el Universo se comprenda a sí mismo o, al menos, que lo pueda intentar. En esta aventura en la que materia se organiza sin parar se han formado estrellas, galaxias, nuevos elementos que no estaban presentes en el Big Bang, planetas con y sin atmósfera, sustancias orgánicas complejas, células, la célula eucariota, seres pluricelulares e incluso criaturas que sueñan con que pueden pensar.  
Posiblemente estos últimos logros biológicos se han intentado alcanzar en muchos otros sitios del Universo sin conseguirse. El azar ha querido que se dieran aquí. Puede que el Universo esté poblado de vida, pero hasta ahora no tenemos absolutamente ninguna prueba de que eso sea así, sólo la fe puede sustentarlo. Lo más seguro es que si existen otras civilizaciones estén tan lejos de nosotros que nunca podremos entrar en contacto con ellos, tal y como la paradoja de Fermi indica.
Puede que incluso seamos los únicos seres medianamente inteligentes en toda la galaxia. Si esto es así entonces la responsabilidad que recae sobre nosotros es inmensa, pues no podemos delegar nuestro deber en nadie más. También puede ser la única razón por la que un dios justo, de existir, no nos elimine para siempre, ya que con nuestra estulticia hemos obtenido suficientes puntos como ganar el castigo de nuestro propio exterminio.
Nuestro deber tiene que ser conseguir conocimiento, si encima éste está salpimentado con una pizca de sabiduría mejor que mejor. Comprender el Universo y todo lo que contiene y las leyes que lo rigen hasta entender los procesos por los que la materia se organiza para dar lugar a lo que llamamos vida y consciencia puede ser la más noble de nuestras tareas. El premio es encontrar constantemente belleza por el camino.
Decía un famoso físico que puesto que él sabía Física y las reacciones químicas estaban controladas por leyes físicas entonces él sabía Química. También hay un chiste que dice que un biofísico habla de Química con los químicos y de Física con los físicos, pero que cuando se junta con otro biofísico sólo habla de mujeres. Pero ambas posturas son incorrectas.
En los últimos tiempos hemos podido ver, incluso en estas mismas páginas, que cada vez que se profundiza lo suficiente en los procesos biológicos se pueden observar fenómenos que se creía que sólo estaban restringidos a los laboratorios más sofisticados. Así por ejemplo, se ha podido ver el papel de las partes más misteriosas de la Mecánica Cuántica en el mundo biológico, como la coherencia cuántica en la fotosíntesis, o la superposición de estados en la orientación magnética en los ojos de algunos pájaros. La evolución habría seleccionado el poder alcanzar tal grado de sensibilidad a los fenómenos cuánticos porque simplemente así algunos procesos son más eficientes. Ya hay expertos que hablan de la “Biología cuántica”.
El último ejemplo de esta Biología cuántica nos llega de algunos físicos norteamericanos que sostiene que en determinados procesos de las membranas celulares está involucrada la fascinante fuerza de Casimir.
El efecto Casimir está explicado por la Teoría Cuántica de Campos. La Mecánica Cuántica no era lo suficientemente adecuada como para explicar los fenómenos relativistas y los campos de fuerza, incluso cuando se usaba la ecuación de Dirac en lugar de la ecuación de Schrödinger. Por eso, en el pasado siglo, se desarrolló la Teoría Cuántica de Campos (TCC), en lo que posiblemente fue el último fruto intelectual digno que ha dado la Física hasta ahora.
Según la TCC las partículas se pueden crear y destruir, las fuerzas producidas por los campos se pueden explicar por un intercambio de partículas (bosones) virtuales y el vacío no está realmente vacío, sino que está lleno de partículas virtuales que aparecen y desaparecen sin cesar.
Un modelo físico puede ser tan bueno como cualquier otro hasta que las pruebas físicas lo apoyen, entonces hay que tomarlo bien en serio. Hendrik B. G. Casimir y Dirk Polder propusieron en su día que si hay partículas virtuales en el vacío y disponemos dos placas metálicas paralelas entonces las presión ejercida por los fotones virtuales del espacio entre placas es menor que la que presión que ejercen los que están fuera y entonces aparece una fuerza que tiende a juntar las placas. La predicción se pudo confirmar años más tarde cuando se pudo medir la fuerza de Casimir en el laboratorio.
Ahora unos físicos de las universidades de Cornell y Michigan proponen que las proteínas que están en las membranas celulares sufren fuerza de Casimir y que esto les permite comunicarse entre sí y estimular la respuesta, por ejemplo, de la célula a los alergenos como el polen.
Según la teoría del mosaico fluido las membranas celulares están formadas por lípidos, pero en esta capa lipídica hay proteínas que están embebidas y que se mueven libremente a través de ella. Algunas de estas proteínas tienen funciones esenciales, como el de hacer de bombas de iones y así mantener el equilibrio osmótico o mantener dentro a los electrolitos adecuados y no a otros. Hay muchas otras funciones que pueden realizar y para cada una de ellas está la proteína específica. En un principio se creía que la distribución de lípidos era uniforme, pero ulteriores investigaciones demostraron que se formaban estructuras distintivas cientos de veces más grandes que las moléculas de lípidos individuales. Lo que no se entendía bien era de dónde venía la energía para mantener esas estructuras.
Sarah Veatch y sus colaboradores demostraron en 2008 que por encima de los 25 grados centígrados la membrana de células aisladas de mamífero está en una sola fase, mientras que por debajo de esa temperatura se produce una separación en dos fases distintas compuestas de diferentes lípidos y proteínas. Es decir, había un punto crítico por debajo del cual aparecían parches fluctuantes de una segunda fase que crecían en tamaño. Estas fluctuaciones medían varias micras de anchura y eran visibles con el microscopio óptico. No requerían grandes cantidades de energía (relativa) para formarse.
Veatch, Benjamin Machta y James Sethna quisieron entender el propósito de esta criticidad. Descubrieron que ciertas proteínas se veían atraídas hacia una de las fases mientras que las demás lo hacía hacia la segunda. Veatch sugiere que estas proteínas interactúantes podrían dar lugar a un fenómeno de cascada para así trasmitir señales, como información acerca de los componentes presentes en la vecindad celular, desde los receptores proteicos de la membrana hasta el interior celular. Esta información podría usarse, por ejemplo, para decidir si es un buen momento para la división celular o si es seguro moverse hacia unos nutrientes. Veatch cree que una de las razones por las que la membrana tiene esta criticidad fluctuante es para facilitar los pasos previos en el envío de señales.
Machta ha calculado las fuerzas de Casimir entre las proteínas de la membrana y ha encontrado, como esperaba, que estas fuerzas son atractivas para proteínas similares y repulsivas para las que son diferentes. Además, la energía potencial que esto proporciona es varias veces la energía térmica de las proteínas a lo largo de distancias de decenas de nanometros. Las fuerzas electrostáticas son más intensas, pero son de más corto alcance, en torno al nanometro. La razón de que esta criticidad esté tan finamente ajustada se debería a que así las células han conseguido maximizar las fuerzas de largo alcance entre proteínas.
“Es sorprendente en cuántas reacciones en las células están involucradas energías de la misma magnitud que las fluctuaciones térmicas. Creemos que esta es la manera de que tiene la célula de ser ahorradora. ¿Para qué pagar más?”, dice Sethna.
Los investigadores sospechan que la existencia de estas fuerzas de Casimir explicarían por qué las células bajas en colesterol (el colesterol es fundamental para el funcionamiento celular y no tiene que ver con el que nos detectan en sangre y que es un indicador de riesgo de arteriosclerosis) no funcionan como lo deberían de hacer, pues la retirada de este colesterol saca a la membrana fuera de su punto crítico.
Además, especulan que todo esto tendría un papel incluso en el estornudo. Cuando los receptores proteicos de una célula inmunitaria detectan un alergeno, como un grano de polen, se agregan y esto dispara las histaminas que producen el estornudo. Sethna especula que quizás el alergeno simplemente cambia la preferencia del receptor por una fase u otra de la membrana.
Este equipo de investigadores espera que el estudio sirva para obtener aplicaciones médicas, pues los defectos en las membranas pueden contribuir a la aparición de enfermedades como el cáncer o las enfermedades autoinmunes, inflamatorias, etc. “Este trabajo arroja luz sobre cómo los lípidos pueden impactar sobre ciertos aspectos de estas enfermedades. En el futuro imagino medicamentos que específicamente usen a ciertos lípidos como blancos para regular la interacción entre proteínas para así tratar enfermedades humanas”, dice Veatch. Sin embargo, pasará tiempo hasta que semejantes aplicaciones se hagan realidad.
Sethna señala que los biólogos siempre tienden a explicar cómo funcionan las células en función de un resultado de la evolución. La evolución ha podido empujar a las células hasta alcanzar el punto crítico, pero una vez ahí se pueden usar otras teorías para así poder explicar muchos comportamientos sin necesidad de recurrir reiteradamente a la evolución.
De todos modos, queda mucha investigación por hacer hasta que se acepten estas nuevas ideas. Algún experto del campo ya señala que no está claro que la membrana celular de un tejido se comporte de igual manera cuando forma parte de éste que cuando se hacen experimentos con una células estando aislada del resto. Pero si asumimos que esta teoría es cierta no podemos por menos que admirar la belleza que entraña.
Así que, amigo lector, si ahora se encuentra en la primavera austral y es alérgico al polen piense que cuando estornuda unas proteínas bailan una danza precisa ajustada por la evolución hasta el punto crítico en el que se sienten las partículas virtuales del vacío cuántico. Procesos semejantes pasan en cada célula de su cuerpo e incluso, y esto es una especulación, puede que en las neuronas de su cerebro pase algo similar y que las fluctuaciones cuánticas le permitan alcanzar una idea original, un pensamiento profundo o un sentimiento intenso.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3942

Fuentes y referencias:
Nota en PhysicsWorld.
Artículo original.
Nota en Nature sobre Biología cuántica.
Ilustración: esquema de una membrana celular, Wikimedia Commons.

 

COMENTARIO PROPIO:

 

Hasta no hace pocos años la biología cuántica o biocuántica era tenida como pseudociencia. Ahora que desde esta web se publicó un estudio riguroso que demuestra que el olfato es cuántico, que las aves usan las fluctuaciones cuánticas para orientarse con en conjunto con el geomagnetismo y que la fotosíntesis sigue patrones de computación cuántica, la biocuántica está emergiendo como una nueva ciencia (lo cual llevará a la Ecología Cuántica o ecocuántica)

Estamos siendo testigos del surgimiento de un Nuevo Paradigma, cuya preparación hace tiempo se iba dando desde la Filosofía Holista, la teoría holográfica (Universo Holográfico, del recordado David Bohm) y la Ecología (Hipótesis Gaía de Lovelock) Esta preparación ya iba dando nuevas formas de pensamiento más abiertos y universales. Este Nuevo Paradigma va más allá del actual Paradigma Sistémico Emergente. No lleva ni al teísmo ni al ateismo, sino a algo distinto.

Es realmente emocionante cuando la ciencia abre nuevos horizontes del pensamiento y la existencia humana. Gracias por la publicación.

Emerge la Biocuántica

Iniciamos esta sección con tres estudios que suguieren y prueban la relación entre mecánica cuántica y biología (tras esta relación está la emergencia del misticismo en la mecánica cuántica como forma de pensamiento innovador, propio del holismo)

 

¿Brújula animal cuántica?

Área: Física — Miércoles, 30 de Junio de 2010

 

Un grupo de físicos sugiere que el entrelazamiento cuántico puede jugar un papel en la orientación magnética de ciertos animales y dicen cómo ponerlo a prueba.

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Algunos animales poseen la habilidad de sentir el campo magnético, algo que les permite orientarse en sus viajes migratorios. A esta habilidad se le denomina magneto-recepción y ha sido observada en una amplia gama de animales que incluye pájaros, insectos, tortugas, tiburones, langostas marinas, vacas, hongos e incluso bacterias. Sin embargo, los científicos no han sido capaces de comprender del todo los mecanismos responsables de esta capacidad.
Hans Briegel, de la Universidad de Innsbruck, y sus colaboradores han investigado el papel que las interacciones mecánico-cuánticas juegan en la magneto-recepción. Según cuentan en Physical Review Letters se puede mostrar que determinados aspectos de la Mecánica Cuántica (MC) intervienen en la brújula interna de estos animales y que quizás también controle otros aspectos biológicos.  
Según estos físicos, su estudio demuestra que el entrelazamiento cuántico no solamente puede observarse en sistemas de laboratorio altamente aislados y controlados, sino que se da en procesos sistemas biológicos relevantes. Específicamente, estos investigadores han podido describir la ruta de cómo puede investigarse experimentalmente este principio en la brújula química de los animales.
Recordemos que hace relativamente poco tiempo NeoFronteras ya cubrió un resultado similar sobre el papel jugado por la MC en el proceso de fotosíntesis de un microorganismo.
Hay principalmente dos hipótesis de cómo funciona la magneto-recepción. Una de ellas, sobre la que han trabajado estos físicos y denominada de “pareja de radicales”, dice que los receptores magnéticos en los ojos de los animales son activados por fotones para producir radicales libres. Cada radical tiene un electrón desapareado y los spines de estos electrones de un par de estos radicales estarían cuánticamente correlacionados. La interacción entre radicales libres y el campo magnético circundante produce diferentes modos en los que esta correlación se puede dar, permitiendo así al animal sentir el campo magnético.
Una de las cosas que este grupo de investigadores quería saber era si los electrones de los radicales libres necesitaban estar correlacionados cuánticamente o si una explicación clásica era suficiente para dilucidar el fenómeno. En sus cálculos encontraron que la respuesta dependía fuertemente de la vida media de los radicales libres. Si la vida de éstos era corta, el entrelazamiento cuántico podría jugar un papel. Por el otro lado, si no era así, bastaba la explicación clásica, como en el caso de la magneto-recepción del petirrojo europeo.
No se está seguro del tipo de moléculas implicadas en el mecanismo de pares de radicales libres en las brújulas internas de los animales, así que la cuestión de si los animales usan o no entrelazamiento cuántico no está solventada. Los autores proponen cómo se daría el fenómeno varios tipos de radicales. Sin embargo, estos investigadores sugieren que se podrían realizar una serie de experimentos con el estado actual del arte en experimentación en MC para saber más sobre los mecanismos implicados en la magneto-recepción animal.
Así por ejemplo, la aplicación especial de determinados pulsos de campos magnéticos podría permitir observar cómo los efectos cuánticos afectan a la orientación del animal.
Obviamente se necesita trabajar más sobre el asunto, pues no han demostrado que la correlación cuántica se dé en esta habilidad, sino que es posible y cómo demostrarlo. Es decir, ciencia en estado puro.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3179

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia de artículo.
Foto cabecera: Modelo molecular del radical de flavina FADH, un posible candidato para este fenómeno.

 

 

¿Entrelazamiento cuántico en ADN?

Área: Biología, Física — Lunes, 5 de Julio de 2010

 

Un grupo de físicos sugiere en un modelo teórico que el entrelazamiento cuántico ayuda a mantener la integridad de la molécula de ADN.

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La Mecánica Cuántica (MC) controla el mundo microscópico. La formación de los átomos y de sus núcleos o la formación de toda molécula puede explicarse mediante la Mecánica Cuántica. Los chips electrónicos del ordenador con el que lee esta nota también dependen de la Mecánica Cuántica. Una vez se la conoce un poco, la Mecánica Cuántica es casi cotidiana. De este modo, si con un trozo de CD construimos un espectroscopio casero con el que ver las líneas de emisión de un tubo fluorescente, vemos la MC en acción. Por supuesto, si no fuera por la Mecánica Cuántica tampoco habría vida, porque no se formarían moléculas orgánicas, empezando por el ADN. Así que si nos dicen que el ADN está controlado por la MC nos están diciendo una obviedad.  
La Naturaleza nos contesta a las preguntas que le hacemos. La manera en la que le debemos preguntar es con un experimento y, en función de las respuesta, elaborar modelos sobre cómo funciona el Universo. Así que si hacemos unas preguntas sobre átomos y moléculas las Naturaleza nos contesta en el lenguaje de la MC.
Una vez pasa un tiempo y nos familiarizamos con la MC nos parece lógica y natural. Los saltos de energía que determinan los espectros nos parecen de lo más lógicos, el funcionamiento de un microondas también. Incluso el efecto túnel nos parece que simplemente es un préstamo de energía a muy corto plazo que siempre se devuelve.
Pero ya dijo Feyman que aquel que dice que comprende la MC es que no la comprende en absoluto. Hay ciertos aspectos de ella que están torturando a los físicos desde su descubrimiento. La superposición de estados, el colapso de la función de onda o las propiedades de no localidad, de no realismo y similares (por desgracia, la terminología no está del todo establecida y cada cual entiende una cosa distinta para cada término) nos dicen que el mundo de lo pequeño es muy raro para seres como nosotros que nos hemos criado en el mundo macroscópico. Además parece ser algo intrínseco de la realidad no artefactos de la teoría. Cada vez que se ha hecho a la Naturaleza la pregunta adecuada (el experimento adecuado) nos ha dicho que el mundo microscópico se comporta a veces de manera muy extraña.
Puede que dentro de unas décadas haya ordenadores cuánticos que evidencien esto a todos los mortales, o puede que un día se descubra que nuestro cerebro no es más que un ordenador cuántico. Hasta entonces puede que todavía haya algunos que discutan la validez de la MC.
Una de las cosas que más molesta a los enemigos de la MC es el entrelazamiento cuántico, en virtud de este fenómeno dos partículas separadas están correlacionadas cuánticamente de tal modo que el colapso de la función de ondas de una de ellas determine el estado de la otra instantáneamente, aunque se encuentre a años luz de distancia. Aunque esto no viola la causalidad relativista, porque no se transmite información, hay que admitir que es un poco incómodo.
Ahora un grupo de físicos sugiere, mediante un modelo teórico especulativo, que el entrelazamiento cuántico ayuda a mantener la integridad de la molécula de ADN
Elisabeth Rieper, de la Universidad Nacional de Singapur, y sus colaboradores se plantearon qué papel podría jugar el entrelazamiento cuántico en el ADN. Para saberlo construyeron un modelo teórico simplificado de ADN en el que los nucleótidos consisten en una nube de electrones (de carga negativa) alrededor de una carga positiva central. Este tipo de aproximaciones se suelen realizar frecuentemente, no porque a los físicos les parezcan más bonitas, prácticas o realistas, sino porque básicamente no saben resolver otras situaciones más complicadas. El caso es que, según el modelo, esta nube electrónica de tipo π se puede situar de tal modo en relación a la carga central que se cree un dipolo. Además, el movimiento de vaivén de esta nube puede ser igual al de un oscilador armónico (otra entidad simplificada favorita de los físicos). Estas oscilaciones están cuantizadas y forman unas entidades a las que se denominan fonones y que actúan a modo de partículas. Cuando dos nucleótidos se unen entre sí, como el par timina-adenina o el par citosina-guanina, estas nubes oscilan en direcciones opuestas para asegurar la estabilidad de la estructura. Estos investigadores se preguntaron entonces qué le pasarías a estas oscilaciones cuando estos pares de bases se unen hasta formar la doble hélice de ADN.
Los fonones, al ser también objetos cuánticos, pueden existir en una superposición de estados y pueden estar correlacionados al igual que los fotones o los electrones. Estos físicos vieron que a la temperatura del cero absoluto (otra situación favorita de los físicos por su simplicidad y a la que se da el estado fundamental de todo sistema cuántico) el modelo predecía que el entrelazamiento existía, algo que era de esperar. Sin embargo, entonces vieron que también se daba a temperatura ambiente. Esto era posible porque los fonones tienen una longitud de onda similar al tamaño de la hélice de ADN, permitiéndose que se formen ondas estacionarias en un fenómeno conocido como “fonones atrapados”. Cuando sucede esto los fonones no pueden escapar fácilmente. Algo similar ocurre con los fonones atrapados en las pequeñas estructuras de los chips de silicio, causando por ello problemas.
Según Riper y sus colaboradores, el fenómeno tiene un efecto profundo en la doble hélice de ADN y no se trata de un efecto despreciable. Aunque cada base está oscilando en direcciones opuestas, esto se da en una superposición de estados, de tal modo que el movimiento promedio es cero. En un modelo puramente clásico, sin embargo, esto no puede suceder y la doble hélice vibra hasta romperse. Por tanto, en cierto sentido, los efectos cuánticos son responsables de mantener la estabilidad de la doble hélice de ADN. El problema es cómo demostrar experimentalmente todo esto.
Al final de su artículo estos investigadores sugieren que el entrelazamiento cuántico puede que tenga influencia en la manera en la que la información es leía de la hebra de ADN y que esto quizás se pueda explotar experimentalmente, aunque no dicen cómo.
A la fotosíntesis y a la orientación magnética animal se sumaría este nuevo efecto, lo que hace de este campo algo bastante excitante. Bueno, puede que a este paso quizás haya que empezar a hablar de Biología Cuántica.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3181.

Fuentes y referencias:
Nota en Technology Review.
Artículo en ArXiv.

 

 

Darwinismo cuántico experimental

Área: Física — Miércoles, 14 de Julio de 2010

 

Abren un puente experimental entre el mundo cuántico y clásico.

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Un equipo de investigadores de Arizona State University cree haber abierto una ventana que ayude a aclarar por qué la laberíntica física del mundo microscópico termina manifestándose como la física clásica que captan nuestros sentidos en el mundo macroscópico cotidiano. Si así fuera, estaríamos a las puertas de responder a la pregunta que ha estado torturando a los físicos teóricos desde el nacimiento de la Mecánica Cuántica: ¿cómo emerge el mundo clásico a partir del cuántico?
En el mundo microscópico una partícula no está en un sitio concreto, de hecho ni siquiera existe tal cosa como una partícula, sino una función de onda inmedible a partir de la cual podemos hallar la probabilidad de encontrar dicha partícula. Además, la función de ondas puede ser la superposición de varios estados que colapsan a uno solo cuando se efectúa una medida. Incluso podemos tener dos partículas entrelazadas situadas a distancia de tal modo que el resultado del colapso de una de ellas determina el de la otra en una extraña acción a distancia instantánea.  
La realidad que percibimos, la silla sobre la que nos sentamos, la casa donde vivimos, la montaña que escalamos o el cuerpo de nuestra amada están hechos de átomos regidos por los principios de la Mecánica Cuántica (MC). Todos esos objetos tienen una masa, un tamaño, un color, una forma o una textura y son incluso percibidos como “sólidos”, pese a que en su mayoría son espacio vacío con unas escasas partículas organizadas adecuadamente. Es decir, los percibimos en una manifestación clásica corriente. La fuerza nuclear en sus dos variantes y el electromagnetismo permiten organizarlas bajo las reglas de la MC en lo que finalmente percibimos como “la realidad”. Pero el mundo que percibimos con nuestros sentidos no tiene superposición de estados, ni colapso de funciones de ondas, ni acciones a distancia. En definitiva, no existen gatos de Schrödinger que maullen. La paradoja está ahí.
Un posible escenario que intenta aclarar esta aparente contradicción ha sido investigado por Adam Burke, Gil Speyer, Tim Day, Richard Akis, Gil Speyer, Brian Bennett y David Ferry. Sus resultados experimentales han sido publicados en Physical Review Letters y apoyan lo que se llama darwinismo cuántico.
Describen la transición del estado cuántico al clásico como un proceso de decoherencia en el que está implicada una progresión evolutiva análoga a la selección natural descrita en la evolución biológica de Darwin.
Los autores utilizan dos teorías denominadas decoherencia y darwinismo cuántico, ambas propuestas por Wojciech Zurek de Los Alamos National Laboratory. El concepto de decoherencia mantiene que muchos estados cuánticos colapsan en una amplia diáspora o dispersión cuando interactúan con el medio. A través de un proceso de selección, otros estados cuánticos aparecen en una estado final estable, denominado estado puntero, que está lo suficientemente “adaptado al medio” para ser transmitido a través del medio sin que colapse.
Estos estados simples con la mínima energía pueden entonces hacer copias de alta energía de sí mismos que pueden ser descritos mediante un proceso darwinista y observados a escala macroscópica en el mundo clásico.
Este grupo de investigadores ha realizado unos experimentos basados en puntos cuánticos para explorar esta idea. Los puntos cuánticos actúan a modo de pozos de potencial con dos contactos a través de los cuales pueden entrar o salir electrones.
Podemos utilizar una analogía propuesta por Burke para poder entender mejor lo que han hecho. Imaginemos que una mesa de billar es un punto cuántico y los contactos son las dos únicas troneras por donde pueden entrar y salir las bolas (electrones). Las paredes interiores actúan a modo de barreras en donde las bolas rebotan. Además, en la mesa de billar no hay fricción y una bola puede rebotar indefinidamente en su interior. De este modo, una bola (un electrón) entrante con una trayectoria dada permanecerá en el interior hasta que abandone la mesa (ésta es la parte correspondiente a la decoherencia). O puede que la trayectoria entrante sea tal que no le sea posible alcanzar una tronera para salir y sobreviva como un estado puntero, que es denominado estado diamante (presumiblemente debido a que forma un patrón similar a un rombo).
Una diferencia entre el mundo cuántico y clásico es que los electrones, a diferencia de las bolas de billar, pueden sufrir efecto túnel y atravesar el espacio de fases prohibido para alcanzar el estado diamante, estado que una bola clásica entrando por una tronera desde el exterior no hubiera encontrado por sí misma.
Es esta trayectoria clásica aislada y la construcción de la amplitud de la función de ondas del electrón a lo largo de la trayectoria a lo que se llama función de ondas marcada. Para medir experimentalmente estas funciones de onda, uno puede imaginar que está entre las paredes interiores de la mesa de billar y podemos contar las bolas que hay dentro. Esto es lo que normalmente es medido con la conductancia del sistema formado por el punto cuántico y su ambiente.
Estos investigadores midieron la corriente a través del punto cuántico, es decir, el número de “bolas de billar” por segundo, para tratar de ver cómo cambiaba según movían una sonda sobre la “mesa de billar”. Contaban con un microscopio de puerta de barrido, que aplica un pequeño campo eléctrico. Su efecto se puede visualizar como una pequeña pared (o barrera) circular en la mesa de billar que se puede mover a voluntad dentro de la propia mesa (el punto cuántico).
Una bola que está viajando a lo largo de este patrón romboidal es perturbada si la barrera circular es situada en su trayectoria. Cuando esto pasa, puede ocurrir que la trayectoria se altere lo suficiente como para que la bola tome un nuevo curso dentro de la mesa de billar (dentro del punto cuántico) hasta que finalmente salga por una de las troneras para ser medida. El cambio en la trayectoria de la bola aparece como un cambio en la conductancia, es decir, en el número de bolas (electrones) que salen en un tiempo dado.
Como la ubicación de la barrera se va cambiando con un barrido, a modo similar al barrido de las antiguas pantallas de televisión, se puede levantar un mapa de las funciones de onda marcadas correspondientes a los estados punteros. De vez en cuando, un nuevo electrón pasará por estado túnel a estado diamante, así que las medidas pueden continuar hasta que el área al completo quede cubierta por el barrido.
Los datos obtenidos apoyan las teorías de la decoherencia y del darwinismo cuántico, según sostiene Burke. Según Ferry, los hallazgos son sólo un paso en un proceso abierto a la conjetura, pero apoyan la existencia del darwinismo cuántico y una nueva visión en la búsqueda de pruebas de cómo puede ocurrir la transición del mundo cuántico al clásico. Según él, si uno tiene en cuenta todo esto, se abre la puerta hacia una comprensión más profunda de lo que realmente está sucediendo en el corazón de la realidad física.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3190

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Sobre darwinismo cuántico.