Nowe badania ujawniają kwantowe zachowanie makroskopowe w systemie biologicznym w warunkach codziennych.
W przełomowej pracy opublikowanej w czasopiśmie Physica B: Condensed Matter naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego wykryli sygnatury efektu Halla — zjawiska typowo występującego w ekstremalnie niskich temperaturach i w układach ciała stałego — w uwodnionej matrycy DNA–woda w temperaturze pokojowej.
Wyniki te — po raz pierwszy przewidziane i potwierdzone już w grudniu 2024 roku, w początkowej fazie eksperymentów — sugerują, że protony w matrycy DNA–woda mogą kolektywnie organizować się w stany skwantowane w warunkach otoczenia. Badaniami kierował prof. Mariusz Pietruszka z Wydziału Nauk Przyrodniczych, Instytutu Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska. Wykazano, że protony w cienkiej warstwie wody otaczającej nici DNA mogą wykazywać zachowanie skwantowane pod wpływem umiarkowanego pola magnetycznego. System wykazuje nagły skok napięcia, a następnie oscylacje przypominające formowanie poziomów Landaua — klasyczny objaw makroskopowej koherencji kwantowej.
„Te wyniki potwierdzają przewidywania, które poczyniłem już na początku badań,” mówi prof. Pietruszka. „Już drugiego dnia pomiarów pojawiły się sygnatury tego zjawiska. Stało się jasne, że w uwodnionym układzie DNA pojawia się coś zasadniczo kwantowego pod wpływem umiarkowanego pola magnetycznego.”
W eksperymentach zastosowano próbki genomowego DNA w niskich stężeniach (rzędu ng/µL). Mierzono napięcie poprzeczne w cieczy podczas stopniowego zwiększania pola magnetycznego. Obserwowane sygnały schodkowe i oscylacyjne były zgodne z występowaniem protonowych analogów efektu kwantowego Halla — bez potrzeby stosowania kriogeniki ani materiałów półprzewodnikowych.
Odkrycie rzuca nowe światło na możliwą rolę koherencji kwantowej w środowisku biologicznym. Wprowadza także koncepcję „Protoniki” — nowej dziedziny badającej koherentny transport i kontrolę protonów w miękkiej i żywej materii, na wzór elektroniki czy spintroniki.
„Jeśli inni badacze to potwierdzą, może to zmienić nasze podejście do bioelektryczności i efektów kwantowych w organizmach,” dodaje Pietruszka. „Otwiera to zupełnie nowy obszar na styku fizyki, biologii i informacji kwantowej.”
Artykuł ukaże się w najbliższym numerze Physica B: Condensed Matter (Elsevier).
Wersja wstępna jest już dostępna na SSRN.
Kontakt:
Prof. Mariusz Pietruszka
Uniwersytet Śląski w Katowicach
Wydział Nauk Przyrodniczych
Instytut Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska
Email: mariusz.pietruszka@us.edu.pl
fot. zdjęcie ilustracyjne obrazujące odkrycie