Evidencia No-Clásica (comprimida) de Luz en SistemasBiológicos

FA Popp 1),

JJ Chang 1,2),

A. Herzog 1),

Z. Yan 1) y Y. Yan

1) 1) Instituto Internacional de Biofísica

(IIB), Raketenstation, Kapellener Strasse, D-41472 Neuss, 2) Instituto de Biofísica de la

Academia China de Ciencias, Beijing,

Introducción

A. Gurwitsch fue el primero, en 1922, para mostrar pruebas de una emisión de fotón débil pero pcuenta con pocos / (s.cm

2) en el rango óptico de los sistemas biológicos, señalando que estimula

celulares [1]. Después de períodos de descuido e incluso desprecio, los pequeños grupos en RusiItalia, Japón, Alemania, Polonia, y los EE.UU. redescubierto "emisión ultraweak luz" de los tejidde técnicas modernas de fotomultiplicador, después de la Segunda Guerra Mundial [ 2]. Aunque acuerdo sobre la universalidad de este efecto para todos los sistemas de vida, no hay acuerdo se hámbito de la interpretación. La mayoría de estos grupos creen que esta emisión de fotones espontde radicales se origina en las células, pero la prueba de ello es todavía falta. Un grupo de físicos a1972 en la Universidad de Marburg, seguida de una hipótesis opuesta, es decir, que "las emisioneasunto de la óptica cuántica tiene que ser asignado a un campo de fotones coherentes dentro del sresponsable de las infracciones - y la comunicación intercelular y la regulación de las funciones bactividades bioquímicas, el crecimiento y diferenciación celular [3]. Para examinar esta hipótesisse ha demostrado [3, 4] que la emisión biophoton se remonta al ADN como el candidato más procomo el (principal) de la fuente, y que la luminiscencia retardada (DL), que es el resplandor de lasistemas vivos después de la exposición a la luz de la iluminación exterior, corresponde a los estacampo de biophoton. Cuando se relajan en la oscuridad continua en la cuasi-estados estacionariobiophoton, DL sigue una hiperbólica como la relajación función en lugar de una exponencial, lo condiciones ergódica un campo totalmente coherente [5, 6], y que tanto

DL y la pantalla de emisión biophoton distribución espectral idéntica. Tienen en común las estadphotocount (PCS), como mínimo, a intervalos de tiempo preestablecidos, precios tan bajos como

Además, todas las correlaciones entre el DL o emisión biophoton y funciones biológicas como elcelular, la diferenciación celular, los ritmos biológicos y el desarrollo del cáncer, que resultó ser hipótesis de coherencia, pero sólo podía ser muy mal explicado en términos de reacciones de rad

Sin embargo, tan pronto como se hizo más y más probable que los sistemas vivos se rigen por los(al menos en el campo biophoton), surgió la idea de que los Estados no sólo coherente, sino tambEstados pueden desempeñar un papel en la regulación biológica [7 ]. Esta es una conclusión consdesde la optimización biológica "" puede hacer uso de los efectos cuánticos sólo en ultraweak la intensidades, donde apretó los estados pueden existir en absoluto. Ellos son, hasta cierto punto loestados coherentes en el nivel de "baja" región de los números de fotones. En este documento, seexperimental de los Estados apretó en los sistemas vivos utilizando los mismos métodos de regisphotocount.

Materiales y Métodos

En una cámara oscura dos fotomultiplicadores (EMI 9558 AC, los tipos seleccionados, PM 1 y Pcentígrados trabajo como dos detectores independientes, los canales 1 y 2. La fuente de radiaciónposición que le permite registrar la multiplicadores sobre la misma tasa de recuento de fotones emdetalles de las técnicas se han descrito en otra parte [8, 9]. El fotón que cuenta en los dos canalesregistrados durante un intervalo de tiempo predefinido t. Al mismo tiempo, la tasa de coincidenentre los canales 1 y 2 se registra de acuerdo con el principio de la figura. 2. Tan pronto como uncanal de venta libre (dicen que el canal 1) se registra una puerta electrónica se abrió y - después dintervalo de tiempo - cada cargo de la cadena de referencia (por ejemplo canal 2) se registra comcoincide sucede entre y + , donde y + son pequeños en comparación con t. Más dequipo han sido descritos en otra parte [8, 9].

Fig. 1: Dos canales de sistemas de conteo de fotones.

Fig. 2: El registro de los cargos coincide en función de la cuenta en los dos canales.

El número de coincidencias en el tiempo predefinido t intervalo es entonces Z (

t) = N 2 ( t (1 - / ( + )) (1-p (0, )) (1)

2 donde n es el número de cuenta en el canal de referencia durante el tiempo t (1 - / ( + )),

está abierta, y P (0, ) es el tiempo promedio de probabilidad sobre t de medir ningún fotón edentro del intervalo de tiempo . Dado que se conocen Z y

2 n, el método nos permite medir el

precisión.

Es evidente de que (1) (1-p (0, ) toma el valor 1 a intensidades muy altas de la fuente y toma e= 0. Al mismo tiempo, si es de la Para , el tipo de coincidencia se hace mucho más pequeño Seleccionamos un valor de = 10

-5 s, a fin de evitar coincidencias por rescattering o resplandor e

oscura, es elegido en todo el orden de , Donde es la intensidad de la fuente de fotónicas (1 - 10 4 tiempos

/ s) tal que el efecto de en la tasa ddescuidarse en este documento.

Figs. 3A y 3B muestran una medición típica de la tasa de recuento oscuro de 10 cargos / s, dond

se ha representado en la dependencia de la ( ).

Fig. 3A: estadísticas Photocount (p (0), ) del ruido de los equipos. Las coincidencias aleatoriainestabilidad de los equipos. = 10

-4 s, el tiempo de medición es todo en este documento siemp

Fig.3b: Igual que la Fig. 3A, pero = 10 -3 s. A fin de evaluar P (0, ) de la óptica cuántica y

los resultados experimentales, vamos a resumir brevemente los pasos esenciales [10]. Por la intro

creación del operador y el operador de aniquilación A que satisfacen los fotones de las relaciones de comunicación

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donde n es el número de fotones.

Mediante el operador de desplazamiento

y el operador de compresión de

para r real, se pueden generar los estados

dónde es el estado de vacío de a. Estos estados son llamados estados coherentes para r = 0

y apretó los estados para r 0. Los valores de esperanza de n números de fotones en

estos estados son

La probabilidad P (n, ) de la medición de fotones n (n = 0, 1, 2, ...) en los ámbitos de la media

para los campos de caótica, siempre y cuando el tiempo de coherencia T> . En el caso de T <aproxima a una distribución Poissonian [11].

Para los campos coherente llegamos a

y apretó los campos tenemos

donde H n son los polinomios de Hermite.

En particular, para n = 0, obtenemos

para los campos de caótica, (11) para los campos coherente, (12)

para los campos de exprimido.

Las ecuaciones (11) - (13) son útiles para comparar los resultados experimentales de las medicioncon los resultados teóricos de la óptica cuántica con el fin de averiguar si el campo objeto de la incaótico, coherente o exprimido.

Resultados y Discusión

Fig. 4 muestra el ejemplo de un micro-(lámpara lámpara de incandescencia SLI-VCH, T

que oscila actualmente entre 9.5-15.4 mA) con T < < . Por lo tanto, P (0) se aproxima

distribución Poissonian.

Fig. 4: P (0) de un micro-lámpara muestra las estadísticas típicas photocount de una

un tiempo de coherencia T < .

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gicos Fig. 5 demuestra la validez de (11) para el caso de un LED con una intensidad más baj

luz clásica, donde T> .

Fig. 5: P (0) de Analog Devices (LED, RGB, 660 nm (GaAsP), actual 0,37 A), que trab

más bajo de emisión de fotones.

Fig. 6 muestra la p experimentales (0) de una hoja (baya del saúco, Sambucus nigra), queiluminada por la luz externa y muestra Tardía luminiscencia en la oscuridad. El p experimental (0debajo de la distribución Poissonian, lo que indica que, además de un caótico, coherente o un cam(con r <0) pueden ser responsables.

Fig. 6: inexplicable estadísticas photocount de una hoja, que puede originarse de una fuente caótiincluso un campo de luz apretó con r <0.

Figs. 7a y 7b demostrar el caso de la misma hoja de la figura. 6 que está iluminada por el LED departe de atrás de forma que sólo los fotones emitidos de la hoja y no de la lámpara de golpear la fEs evidente que los valores de p experimentales (0) caen significativamente por debajo de la dist

Esto es posible sólo para los no clásica (exprimido) de luz con r> 0. Parece que los Estados con r <0 también tomar parte en la inducida por emisión de fotón de la hoja.

Fig.7a: p (0) de la emisión de fotones de la hoja de Fig.6 que ha sido iluminada por el LED

Fig.7b: Igual que Fig.7b, pero = 10 -3 s.

Figs. 8a y 8b demostrar que la emisión espontánea de los sistemas biológicos también pueden proEstados exprimido. El ejemplo se refiere a 35 000 Gonyaulax Polyedra (dinoflagelados) a tempemantenida en agua de mar en la cubeta de cuarzo de 10 ml.

Fig.8a: p (0) de la emisión de luz espontánea de Gonyaulax Polyedra se mantengan en condicio10

-4 s.

Fig.8b: Igual que Fig.8a, pero = 10 -3 s.

Todos los resultados son compatibles con los resultados conocidos de las estadísticas photocountcaótica como para coherente y apretó la luz no clásica. En ningún caso, de fuentes de luz artificia

encontrado un . La excepción de coincidencias al azar de la tasa de recuento son ciertamenteinestabilidad de los equipos. Ellos no juegan ningún papel para la investigación conjunto. Por otr

lado los sistemas biológicos son ciertamente capaces de emitir fotones siguientes explicación posible puede ser dada en términos de no-clásico (apretó) la luz, ya que como bien cafuentes de luz coherente o superposición de ellos llevan a sub-Poissonian estadísticas photocount

Vale la pena señalar que este tipo de investigación constituye una herramienta nueva y más podeinvestigación de los tejidos biológicos.

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Referencias

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