Le piante e in generale tutti gli organismi fotosintetici sono in grado di trasformare la luce in energia utile per la vita con un processo altamente efficiente, chiamato fotosintesi. La fotosintesi è permessa da speciali molecole, come per esempio la clorofilla. Ora, secondo un recente studio pubblicato su Physical Review Letters (102, 057402), sembra che l’efficienza delle molecole coinvolte nella fotosintesi sia possibile grazie al fatto che gli elettroni all’interno delle proteine si muovono in modo coerente e non fanno salti a caso.

Nella fase iniziale della fotosintesi, i fotoni di luce arrivano sulle molecole di clorofilla e la loro energia viene trasferita attraverso la proteina con una successione di passaggi di energia tra elettroni fino ad arrivare dove serve veramente. Finora si pensava che l’energia si trasferisse come in una patata bollente: gli strati caldi passano il loro calore a quelli vicini e così via.
Con un esperimento del 2007 basato su una tecnica laser si era scoperta una spiegazione alternativa. Impulsi di luce laser venivano fatti passare attraverso una proteina fotosintetica. Dal modo in cui la luce laser fuorisciva, si era capito che la natura quantistica ondulatoria degli elettroni permette di accoppiare alcune delle molecole di clorofilla, facilitando in questo modo il passaggio dell’energia. Un po’ come un’onda su una corda.

Questa tecnica, tuttavia, richiedeva tempi lunghi, durante i quali il campione biologico poteva degradarsi, e una gran quantità di analisi al computer. Oggi invece il gruppo di Ian Mercer dell’University College di Dublino e colleghi dell’Imperial College di Londra hanno sviluppato una tecnica più efficiente che fornisce un’istantanea di ciò che capita tra gli elettroni. Combina tre impulsi laser su più lunghezze d’onda in modo che la luce che esce dalla proteina sia distribuita su due dimensioni e non più su un unico punto come in precedenza. La mappa che ne risulta dipende dal modo in cui la luce ha attraversato il campione biologico e permette di rivelare quali elettroni si accoppiano in modo coerente. La tecnica è stata applicata su un campione di alghe rosse.

È stato così confermato che effettivamente la fotosintesi implica dei processi quantistici di accoppiamento di elettroni ed è stato inoltre scoperto che alcuni fotoni di specifiche lunghezze d’onda interagiscono con le proteine della fotosintesi. Comprendere la fotosintesi, commenta Mercer, significa che in futuro sarà forse possibile imitare questo efficientissimo processo naturale per costruire celle solari migliori.