02.12.2011

Птицы могут удерживать квантовую сцепленность

Малиновки удерживают квантовую сцепленность в своих глазах на 20 микросекунд дольше, чем в лучших лабораторных системах. К такому выводу пришли физики, которые исследовали, как птицы используют квантовые эффекты, чтобы "видеть" магнитное поле Земли.

Квантовая сцепленность - это состояние электронов, которые разделены в пространстве, но продолжают влиять друг на друга. Выдвинута теория, согласно которой в глазах птиц встроены компасы, действующие на основе сцепленности.

"Как живая система могла эволюционировать, чтобы научиться поддерживать внутри себя квантовое состояние так же хорошо, и даже лучше, чем в лабораторных условиях", - задается вопросом квантовый физик Саймон Бенджамин из Оксфордского университета и Сингапурского Национального Университета, соавтор нового исследования. "Это действительно поразительно".

Многие животные, не только птицы, но и млекопитающие, рыбы, рептилии и даже ракообразные и насекомые - определяют маршрут передвижения с помощью магнитного поля Земли. Физик Клаус Шультен из Иллинойского Университета, выдвинул теорию, согласно которой птицы ориентируются в пространстве посредством некоторых биомагнитных реакций в их глазах, которые пока еще не открыты.

Исследование позволило обнаружить наличие специальных светочувствительных клеток, содержащих протеин под названием криптохром. Когда фотон проникает в глаз, он взаимодействует с криптохромом, передавая часть энергии электронам, которые находятся в состоянии сцепленности.

Один из этих электронов перемещается на несколько нанометров, где чувствует магнитное поле, которое немного отличается от того, в котором находится его партнер. Тип химических реакций варьируется, в зависимости от того, как магнитное поле изменяет спин электрона. В теории, в результате множества подобных реакций, в глазу у птицы создается изображение магнитного поля Земли в виде черно-белого узора.

Но эти квантовые состояния чрезвычайно хрупки. Даже в лаборатории, где атомы охлаждаются до почти абсолютного нуля, состояние сцепленности удается удержать всего в течение нескольких тысячных секунды. Биологические системы слишком теплые и влажные, чтобы удерживать квантовое состояние так долго, но каким-то образом они умудряются это проделывать.

Исследование, которое возглавлял Торстен Ритц из Калифорнийского университета, проведенное в 2004 году, показало, что малиновки с легкостью находили направление к Африке с помощью магнитного поля Земли, но когда добавляли второе магнитное поле, то оно сбивало их внутренний компас. Это второе поле было настолько слабым - меньше трети 1 процента поля Земли, что могло повлиять исключительно на квантовые системы.

Ученые подсчитали, что такая чувствительность к слабым полям, требует удержания состояния сцепленности в течение как минимум 100 микросекунд или 0.00001 секунды. "Это просто поразительно", - сказал Бенджамин.

Источники:

1. globalscience.ru