양성자 터널링

Proton tunneling

양성자 터널링은 양자 터널링의 한 종류로, 한 장소에서 양성자가 순간적으로 사라지고 잠재적 장벽에 의해 분리된 인접 사이트에서 동일한 양성자가 나타난다.사용 가능한 두 사이트는 이중 우물 전위에 의해 경계되며, 이 전위의 형태, 폭 및 높이는 경계 조건 집합에 의해 결정된다.WKB 근사치에 따르면 입자가 터널을 통과할 확률은 입자의 질량과 전위 장벽의 폭에 반비례한다.전자 터널링은 잘 알려져 있습니다.양성자는 전자보다 약 2000배 더 무겁기 때문에 터널링 가능성은 훨씬 낮다. 그럼에도 불구하고 양성자 터널링은 특히 전위 장벽의 폭이 줄어든 저온과 고압에서 여전히 발생한다.

양성자 터널링은 보통 수소 결합과 관련이 있다.수소를 포함한 많은 분자에서 수소 원자는 한쪽 끝은 수소 결합, 다른 한쪽 끝은 공유 결합을 통해 두 개의 비수소 원자와 연결되어 있다.전자가 없는 수소 원자는 양성자가 된다.전자가 수소 결합의 수소 원자에 더 이상 결합되어 있지 않기 때문에, 이것은 위에서 설명한 것과 같이 이중 우물 전위의 우물 중 하나에 있는 양성자와 동등하다.양성자 터널링이 발생하면 수소 결합과 공유 결합이 바뀝니다.일단 양성자 터널링이 발생하면, 이중 우물 전위가 대칭일 경우, 동일한 양성자가 원래의 장소로 터널링될 확률은 같다.

DNA 가닥의 염기쌍은 수소 결합으로 연결되어 있다.본질적으로, 유전 코드는 수소 결합의 독특한 배열에 의해 포함되어 있다.DNA 가닥의 복제에 따라 수소 결합 구성을 바꾸는 양성자 터널링이 발생할 가능성이 있다고 믿어진다. 이것은 [1]돌연변이의 기초인 유전 코드의 약간의 변화를 가져온다.마찬가지로, 양성자 터널링은 또한 세포의 기능 장애(종양과 암)와 노화의 발생에 책임이 있는 것으로 여겨진다.

양성자 터널링은 얼음과 같은 많은 수소 기반 분자 결정에서 발생합니다.얼음의 육각(얼음 Ih) 상과 직각(얼음 XI) 상 사이의 상 전이는 양성자 [2]터널링에 의해 가능하게 되는 것으로 여겨진다.얼음 [3][4][5]군집에서의 상관 양성자 터널링의 발생도 최근 보고되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Löwdin, P. O. (1963). "Proton Tunneling in DNA and its Biological Implications". Rev. Mod. Phys. 35: 724. Bibcode:1963RvMP...35..724L. doi:10.1103/RevModPhys.35.724.
  2. ^ Castro Neto, A. H.; Pujol, P.; Fradkin, E. (2006). "Ice: A strongly correlated proton system". Phys. Rev. B. 74: 024302. arXiv:cond-mat/0511092. Bibcode:2006PhRvB..74b4302C. doi:10.1103/PhysRevB.74.024302.
  3. ^ Drechsel-Grau, C.; Marx, D. (2014). "Quantum Simulation of Collective Proton Tunneling in Hexagonal Ice Crystals". Phys. Rev. Lett. 112: 148302. Bibcode:2014PhRvL.112n8302D. doi:10.1103/PhysRevLett.112.148302. PMID 24766024.
  4. ^ Yen, F.; Gao, T. (2015). "Dielectric Anomaly in Ice near 20 K: Evidence of Macroscopic Quantum Phenomena". J. Phys. Chem. Lett. 6: 2822–2825. arXiv:1508.00215. doi:10.1021/acs.jpclett.5b00797.
  5. ^ Meng, X. Z.; et al. (2015). "Direct visualization of concerted proton tunnelling in a water nanocluster". Nat. Phys. 11: 235. Bibcode:2015NatPh..11..235M. doi:10.1038/NPHYS3225.