WikiDer > Протонное туннелирование

Proton tunneling

Протонное туннелирование это тип квантовое туннелирование с мгновенным исчезновением протон в одном узле и появление того же протона на соседнем узле, разделенном потенциальным барьером. Два доступных участка ограничены потенциалом двойной ямы, форма, ширина и высота которого определяются набором граничных условий. Согласно Приближение ВКБвероятность туннелирования частицы обратно пропорциональна ее массе и ширине потенциального барьера. Электронное туннелирование хорошо известен. Протон примерно в 2000 раз массивнее, чем электрон, поэтому вероятность туннелирования значительно ниже; тем не менее, туннелирование протонов все еще происходит, особенно при низких температурах и высоких давлениях, когда ширина потенциального барьера уменьшается.

Протонное туннелирование обычно связано с водородные связи. Во многих молекулах, содержащих водород, атомы водорода связаны с двумя неводородными атомами посредством водородной связи на одном конце и ковалентной связи на другом. Атом водорода без электрона превращается в протон. Поскольку электрон больше не связан с атомом водорода водородной связью, это эквивалентно протону, покоящемуся в одной из ям двухъямного потенциала, как описано выше. Когда протонное туннелирование происходит, водородная связь и ковалентные связи меняются местами. Как только протонное туннелирование происходит, тот же протон имеет такую ​​же вероятность туннелирования обратно в свое исходное место, при условии, что потенциал двойной ямы симметричен.

В пар оснований из ДНК прядь связаны водородные связи. По сути, генетический код содержится в уникальном расположении водородных связей. Считается, что при репликации нити ДНК существует вероятность протонного туннелирования, которое изменяет конфигурацию водородной связи; это приводит к небольшому изменению наследственного кода, лежащего в основе мутаций.[1] Точно так же считается, что туннелирование протонов отвечает за возникновение дисфункции клеток (опухоли и рак) и старение.

Туннелирование протонов происходит во многих молекулярных кристаллах на основе водорода, таких как лед. Считается, что фазовый переход между гексагональной (лед Ih) и ромбический (лед XI) фазы льда активируются протонным туннелированием.[2] Недавно также сообщалось о возникновении коррелированного туннелирования протонов в ледяных скоплениях.[3][4][5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Левдин, П. О. (1963). «Протонное туннелирование в ДНК и его биологические последствия». Ред. Мод. Phys. 35: 724. Bibcode:1963РвМП ... 35..724Л. Дои:10.1103 / RevModPhys.35.724.
  2. ^ Castro Neto, A.H .; Pujol, P .; Фрадкин, Е. (2006). «Лед: сильно коррелированная протонная система». Phys. Ред. B. 74: 024302. arXiv:cond-mat / 0511092. Bibcode:2006PhRvB..74b4302C. Дои:10.1103 / PhysRevB.74.024302.
  3. ^ Drechsel-Grau, C .; Маркс, Д. (2014). «Квантовое моделирование коллективного туннелирования протонов в гексагональных кристаллах льда». Phys. Rev. Lett. 112: 148302. Bibcode:2014ПхРвЛ.112н8302Д. Дои:10.1103 / PhysRevLett.112.148302. PMID 24766024.
  4. ^ Yen, F .; Гао, Т. (2015). «Диэлектрическая аномалия во льду около 20 К: свидетельство макроскопических квантовых явлений». J. Phys. Chem. Латыш. 6: 2822–2825. arXiv:1508.00215. Дои:10.1021 / acs.jpclett.5b00797.
  5. ^ Meng, X. Z .; и другие. (2015). «Прямая визуализация согласованного туннелирования протонов в нанокластере воды». Nat. Phys. 11: 235. Bibcode:2015НатФ..11..235М. Дои:10.1038 / NPHYS3225.