Intrication quantique, base ADN de la vie?

Les discussions autour de la mécanique quantique ont le plus souvent un caractère quelque peu abstrait: les effets quantiques ne sont pas vraiment perceptibles en tant que tels dans notre monde classique, et les considérations d’intrication, de fonctions d’ondes et de définition du réel ne semblent pas très liés à ce que nous avons de plus cher, à savoir la vie elle-même. La vie, cette chose humide et chaude, évolutive, déclinée sous tant de facettes de la science, semble bien ne pas devoir trop se préoccuper de la manière dont les photons et autres bosons s’amusent dans leur monde probabiliste et mathématique. Et pourtant.

Nous savons depuis la fameuse découverte de l’acide désoxyribonucléique par le biologiste Jim Watson et le physicien James Crick, en 1953, que la vie se constitue sur base de gènes et que ceux-ci dépendent d’une molécule très particulière en double hélice à l’acronyme universellement connu, l’ADN. Or, l’ADN pose un problème de physique pure (parmi d’autres) qui est que sa balance énergétique n’est pas équilibrée: il faudrait pour que cette structure particulière tienne comme elle fait, plus d’énergie qu’elle ne semble avoir à sa disposition. D’où l’idée d’un groupe de chercheurs de l’Université de Singapour, de tester l’effet d’intrication quantique sur l’ADN.

L’intrication quantique, très brièvement, est la superposition de plusieurs états quantiques qui partagent la même fonction d’onde. Pour reprendre l’exemple archi-connu du chat de Schrödinger, l’intrication est le fait que tant que l’on n’ouvre pas la boîte du chat, le chat est en même temps vivant et mort – c’est le fait d’observer le chat qui “réduit” la fonction d’onde (phénomène appelé décohérence) vers un seul état, chat mort ou chat vivant.

Donc notre équipe a construit un modèle théorique de l’ADN dans lequel chaque nucléotide est formée d’un nuage d’électrons, négatif, autour d’un noyau central, positif. Le nuage se déplace relativement au noyau, créant ainsi un dipôle et une oscillation harmonique ou phonon. Au sein de l’ADN, quand les nucléotides se lient pour former une base, ces nuages doivent osciller dans des directions opposées l’un de l’autre afin de garantir la stabilité de la structure. La question alors posée par Elizabeth Rieper et son équipe est: que se passe t’il quand ces paires de bases s’empilent afin de former la double hélice? La question est cruciale car les phonons étant des objets de nature quantique, ils peuvent exister dans un état intriqué et de ce fait résoudre le problème énergétique mentionné en introduction. Démontrer de manière théorique que les phonons sont intriqués sous conditions de zéro absolu ne pose pas problème, mais l’équipe est parvenue à en faire la démonstration à température ambiante – celle de la vie. Elle y parvient en démontrant que le phénomène de “phonon trapping”, déjà connu dans le domaine de la supraconductivité pour limiter la capacité d’échappement des phonons, existe au sein de l’ADN: la longueur d’onde des phonons correspond à la taille de l’hélice ADN et crée de se fait des ondes stationnaires engendrant le phénomène de phonon trapping.

Dans un modèle ADN au sens de la physique classique, l’oscillation des ces phonons ferait vibrer la structure et la détruirait. Pour qu’elle résiste, il faut que le mouvement global de la structure soit nul à tout moment, et ceci ne semble envisageable que si les phonons existent dans des états superposés – ou intriqués: la somme des états de chaque phonon étant alors nulle (le mouvement lié à l’un des état étant compensé par celui lié à l’autre état, superposé), la structure est stable.

Donc, selon ce modèle, c’est l’intrication quantique qui serait à la base de l’existence de l’ADN et, partant, de la vie. Ce qui reste évidemment à prouver de manière expérimentale, mais pourrait révolutionner le lien entre biologie et mécanique quantique! D’autant que les auteurs de l’étude terminent leur conclusion de la manière suivante:

En enfin nous avons démontré qu’une base ADN simple contient de l’information au sujet de son voisin, questionnant ainsi l’idée habituelle de traiter chaque base individuelle en tant  qu’élément d’information indépendant.

Source:

http://arxiv.org/abs/1006.4053

http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/25375/

 

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