聆听量子节拍可以揭示鸟类迁徙指南针的节奏

德国和俄罗斯的研究人员发明了一种检测量子节拍的方法——原子对自旋态之间极短时间的振荡。能够直接观察量子振荡可以帮助科学家揭示候鸟的磁罗盘是如何工作的，这被认为是基于一种自由基对机制。

自由基对是一个系统，比如两个分子，有两个未配对的电子。电子的行为就像微小的磁铁，具有被称为自旋的量子力学性质，使它们具有磁矩。两个未配对电子的自旋可以是反平行的(单线态)，也可以是平行的(三线态)。

大多数分子都是单线态的，但氧分子是个明显的例外。当它们产生一个自由基对时，这个自由基对也是单线态的。但这种情况不会持续太久。未配对的电子与周围原子核的微小磁场相互作用，导致它们在单态和三态之间翻转——这种现象被称为量子跳动。“这种量子拍动是非常特殊的，因为化学动力学通常总是单调地接近某种平衡状态，”解释说乌尔里希施泰纳来自康斯坦茨大学，他和Christoph兰伯特来自Würzburg大学。

尽管自20世纪70年代以来，人们就已经知道了量子节拍，但直接观测它们仍然具有挑战性。振荡持续不到100纳秒(几次节拍)，然后它们被抑制，自旋最终达到统计平衡。最终，自由基重新结合。

斯坦纳和他的团队设计了一种直接观察量子节拍的方法。他们使用激光脉冲在大分子中产生一对自由基。第二个激光脉冲在量子跳动的过程中推动自由基重组。斯坦纳解释说，因为自由基对在重组时仍保持自旋状态——例如，三态对会产生三态产物——“我们迫使(系统)告诉我们激光脉冲时它所处的自旋状态”。

通过在自由基对形成后的不同时间施加来自第二激光脉冲的推力，该团队可以绘制出系统的量子节拍。他们还可以证明，外部磁场会减慢节拍。

Ilya Solov 'yov他是德国奥尔登堡大学量子生物学小组的负责人，他认为将这种方法应用于蛋白质或蛋白质类结构可以帮助解开它们量子化学机制迁徙鸟类感知地球磁场的能力的背后很可能是基于激进的配对机制．一个有希望进行进一步研究的目标是隐色素，这是一种被认为与动物的磁接收有关的蛋白质家族。他补充说:“如果我们开始改变磁场的强度，看看会发生什么，这将是非常好的，也许我们也可以尝试设计一些实验，看看作为磁场方向函数的类似结果。”

理论物理学家说:“这处于量子和经典之间的道德灰色地带。Kanupriya Sinha来自美国普林斯顿大学，他研究了铷原子的量子跳动。她指出，斯坦纳团队设计的分子比大多数物理学家研究的系统都要大得多，也复杂得多，但它的振荡表明它是量子相干的。“由于我们还不知道经典世界是如何从量子力学中诞生的，因此在这种情况下的实验对于促进我们对基础物理学的理解非常有价值。”