سریعتر بودن دو پا از چهار پا در دنیای کوانتوم

ماشین‌های مولکولی نیز می‌توانند قادر به انجام تونل‌زنی کوانتومی باشند- چیزی که به طور عادی در ذرات بسیار ریز مانند الکترون‌ها و اتم‌ها دیده می‌شود. این ادعای پژوهشگرانی از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید است که نانوماشین‌های – دوپا – و – چهارپا – ساخته و آنها را مطالعه کرده‌اند.

ماشین‌های مولکولی نیز می‌توانند قادر به
انجام تونل‌زنی کوانتومی باشند- چیزی که به طور عادی در ذرات بسیار ریز
مانند الکترون‌ها و اتم‌ها دیده می‌شود. این ادعای پژوهشگرانی از دانشگاه
کالیفرنیا در ریورساید است که نانوماشین‌های “دوپا” و “چهارپا” ساخته و
آنها را مطالعه کرده‌اند.

ماشین‌های مولکولی در همه جای محیط زنده‌ی زیستی یافت می‌شوند. برای مثال،
در تمام سلول‌های بدن، پروتئین‌ها با استفاده از موتورهایی به نام کینسین
(kinesin) به قسمت‌های مورد نیاز کشانده می‌شوند. این موتورهای زیست‌شناختی
از هزاران اتم تشکیل شده‌اند و بسیار بزرگتر از آن هستند که با استفاده از
مدل‌های رایانه‌ای قابل مطالعه باشند.

 

 
تصویر هنرمندانه‌ای از حرکت یورتمه‌ای یک ماشین مولکولی چهارپا (چپ) که پاهایش مثل
پاهای یک اسب (راست) با هم حرکت می‌کنند.
 
این گروه به رهبری لودوینگ بارتلز قصد
داشتند با فهم اصول اساسی حاکم بر ماشین‌های مولکولی طبیعی بتوانند افزاره‌های
مصنوعی مشابهی بسازند.

دو سال پیش، بارتلز و همکارانش پی بردند که آنتراکوئینان (anthraquinone) (یک
مولکول بسیار رایج که به صورت گسترده در صنایع خمیر استفاده می‌شود) می‌تواند
در روی سطوح مسی حرکت مستقیم الخط انجام دهد. علاوه براین، آنتراکوئینان می‌تواند
مولکول‌های دی اکسید کربن را به دو اتم اکسیژن خودش، یا همان “پاها”، متصل
کند و در حین حرکتش باعث جابجایی آنها نیز بشود.

سپس این پژوهشگران از پنتاسنتترون (pentacenetetrone) -یک مولکول بسیار
رایج دیگر که به جای داشتن دو “پای” اکسیژنی مانند آنتراکوئینان دارای چهار
پا است- استفاده کردند. بارتلز و همکارانش در کمال شگفت‌زدگی مشاهده کردند
که سرعت حرکت مولکول‌های “چهارپا” که مثل یک اسب یورتمه زن حرکت می‌کنند
(دو پا در یک طرف مولکول با هم حرکت می‌کنند و سپس دو پای دیگر در طرف دیگر
مولکول با هم به حرکت در می‌آیند) حدود یک میلیون برابر از سرعت حرکت
“آنتراکوئینان” دوپا کمتر است.

بنابه اظهارات این محققان، این اختلاف بسیار زیاد سرعت به خاطر آن اتفاق
می‌افتد که قسمت‌هایی از آنتراکوئینان دوپا به جای بالا و پایین رفتن از
موانع سطحی (مانند زبری‌ها و برآمدگی‌ها) به سادگی از آنها تونل می‌زند.
اگرچه یک مولکول چهارپا می‌توانند “سُم‌هایش” را برای حرکت روبه جلو هماهنگ
کند ولی قادر نیست دو پایش را بگونه‌ای تنظیم کند که در یک زمان از یک مانع
سطحی تونل بزنند. این به معنای آن است که این مولکول برای حرکت نیاز به این
دارد که پاهای اکسیژنی‌اش را به طور معمولی از روی موانع عبور دهد.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی J. Am. Chem. Soc. منتشر شده است.