광합성은 일반적으로 약한 광원으로서 엽록소 흡수 밴드 내에서 나노미터 제곱 당 최대 수십 개의 광자를 초에 전달하는 태양의 단일 광자에 의해 시작되는 것으로 가정됩니다. 그러나 지난 40년 동안 많은 실험적, 이론적 작업을 통해 강렬한 초단파 레이저 펄스에서 빛을 흡수한 후 광합성 과정에서 일어나는 사건을 탐구했습니다.

이 연구에서는 단일 광자를 사용하여 각각 9개 및 18개의 bacteriochlorophyll 분자와 B800 및 B850 고리를 포함하는 자주색 박테리아 Rhodobacter sphaeroides의 light-harvesting 2 (LH2) 복합체를 주변 조건에서 excitation 시킵니다. B800 링의 excitation은 약 0.7ps에서 B850 링으로의 전자 에너지 전달로 이어지고, 약 100fs 시간 척도로 B850에서 B850으로의 빠른 에너지 전달과 850–875nm에서 발광이 이어집니다. 일치 계수와 함께 예고된 단일 광자 소스를 사용하여 B800 excitation 및 B850 형광 방출에 대한 시간 상관 함수를 설정하고 두 이벤트 모두 단일 광자를 포함함을 입증합니다.

우리는 또한 검출된 형광 광자 당 전령자 수의 확률 분포를 보았을 때 단일 광자가 흡수 시 후속 에너지 전달 및 형광 방출을 구동할 수 있고 따라서 광합성의 1차 전하 분리를 확장할 수 있다는 견해를 뒷받침한다는 것을 발견했습니다. 분석 확률 모델과 Monte Carlo 수치 모델은 데이터를 캡처하여 단일 광자의 흡수가 자연광 수확 단지에서 단일 광자의 방출과 상관관계가 있음을 추가로 확인합니다.