一項新的研究揭示了綠色植物和其他光合生物是如何如此高效地傳輸太陽能的。最新的研究還強調了量子力學在實現能量從光吸收到以化學能形式儲存的幾乎無損失運動方面的重要性。

　　根據該研究的作者之一Jürgen Hauer教授的說法，“例如，當光在葉子中被吸收時，電子激發能量分布在每個激發的葉綠素分子的幾個狀態上；這被稱為激發態的疊加?！?/p>

　　“這是分子內部和分子之間幾乎無損失能量轉移的第一階段，使太陽能的有效繼續運輸成為可能。因此，量子力學對于理解能量轉移和電荷分離的第一步至關重要。”

　　植物和光合細菌早就證明了能量轉換的效率，這是傳統物理學難以完全解釋的。這項研究旨在闡明是什么使葉綠素（賦予樹葉綠色的色素）成為如此強大的光收割機。

　　Hauer和第一作者Erika Keil說，這些發現為量子層面的能量傳遞之謎提供了重要的線索，理論上，這些知識可以幫助研究人員開發出人工光合作用裝置，以前所未有的效率利用太陽能。

　　聚焦于葉綠素吸收光譜的兩個部分，研究人員檢查了低能量的Q區（黃色到紅色范圍）和高能量的B區（藍色到綠色）。在Q區，兩個密切相關的電子態是量子力學耦合的，這種相互作用在幾乎無損失的能量轉移中起著關鍵作用。

　　被激發的系統隨后通過釋放熱量而松弛。根據作者的Kaiyun中國說法，這個“冷卻”步驟是從一個能量狀態到一個低能量狀態的關鍵轉變，而不會浪費能量損失。

　　該研究的摘要詳細介紹了該團隊如何結合偏振控制靜態和超快光學光譜來觀察葉綠素a中的這些過程。他們用計算模型支持實驗，發現能量在大約100飛秒的時間尺度內流動（一飛秒是一千萬億分之一秒）。

　　雖然一個關鍵的中間態（Qx）在不到30飛秒的時間尺度上短暫存在，但研究小組得出結論，它的短暫存在對于連接B和Q區域之間的能量至關重要。整個過程非常順利，為能源運輸提供了一條幾乎沒有損失的途徑。

　　正如Hauer所指出的，大自然已經“找到了一個完美的解決方案”來將太陽能轉化為化學能。了解葉綠素中量子態的復雜相互作用，可以幫助科學家設計出同樣高效的發電或光化學方法。

　　對這些機制的研究仍在進行中，但作者認為這些結果是復制大自然壯舉的重要一步，可能為更有效的可再生能源解決方案打開大門。通過揭示植物如何在亞原子水平上運作，這項研究可能會指導未來在捕獲太陽能方面的創新。