¿Cuáles son algunas aplicaciones de la teoría cuántica de campos en biología?

En física teórica, la teoría de campo cuántico ( QFT ) es un marco teórico para construir modelos de mecánica cuántica de partículas subatómicas en física de partículas y cuasipartículas en física de materia condensada. Una QFT trata las partículas como estados excitados de un campo físico subyacente, por lo que se denominan cuantos de campo.

Dado que la biología también forma parte de varios estudios a pequeña escala * donde fallan las teorías físicas clásicas conocidas (como la Mecánica Newtoniana, la Termodinámica, etc.), los investigadores deben incorporar teorías físicas bien conocidas (y sostenidas) como la Teoría del campo cuántico (QFT, versión avanzada de Mecánica Cuántica) y Mecánica Estadística (SM).

La fertilización cruzada (híbrida) de herramientas de SM y QFT se usa en la ciencia moderna, incluidas algunas áreas (actuales y en crecimiento) de la biología. Para una mejor comprensión de las actividades biológicas y los fenómenos a nivel micro, el uso de QFT-SM es inevitable. Muchas áreas de investigación que comprenden dicho estudio y motivación están en una etapa incipiente y aún se abren a medida que avanzamos.

Estomas: ¿el enredo juega un papel en la biología vegetal? (Imagen: Power And Syred / Science Photo Library) [1]

Algunas de las áreas conocidas donde QFT y SM entran en escena son:
a) Estudios de espectroscopía: por ejemplo, aplicaciones / uso del microscopio de fuerza atómica en biología y medicina [2].
b) biología cuántica
c) “modelos aleatorios”: tienen una fenomenología compleja y muchas de sus propiedades aún no se entienden. Por ejemplo, restringiéndose a los sistemas físicos, los sistemas aleatorios muestran una variedad de nuevos fenómenos: relajación lenta y envejecimiento, memoria y olvido, y generalizaciones de las relaciones habituales de disipación-fluctuación, que han sido objeto de un intenso escrutinio experimental. [3]
d) Los hallazgos recientes en biología indican que ciertas biomoléculas actúan como superconductores y los sistemas biológicos en general exhiben propiedades globales no locales que son consistentes con su capacidad para funcionar a nivel cuántico. Las posibilidades de que tal comportamiento anómalo pueda explicarse por la presencia de campos cuánticos endógenos en sistemas biológicos ha recibido poca atención. ’98 [4]

(Imagen: [3])

Y muchos más . ……… .. el campo aún está abierto y a medida que avanzamos encontraremos más aplicaciones.

Fuentes:
[1] ¿Estamos preparados para la biología cuántica?
[2] Página en sciencedirect.com
[3] Grupo de teoría de alta energía
[4] Página en item-bioenergy.com

Los diagramas de Feynman son comúnmente utilizados por los teóricos de la materia condensada. Un ejemplo de cálculo esquemático se realiza en el líquido de electrones 3D3D con interacciones de Coulomb de largo alcance: podemos mostrar que la energía de segundo orden en la teoría de perturbaciones no es divergente sino finita debido a la normalización de la interacción pura de Coulomb por la dinámica del sistema . Los métodos esquemáticos que provienen de la teoría cuántica de campos también brindan un soporte microscópico a las teorías más fenomenológicas, como la teoría del líquido de Fermi. También permiten realizar cálculos de conductividad en conductores desordenados en presencia de interacciones entre partículas en / o dispersión con impurezas.

Mira este ensayo de la revista Aeon:
La rareza cuántica está en todas partes en la vida – Johnjoe McFadden – Aeon

Describieron un par de fenómenos cuánticos verdaderamente relevantes para la biología. Ser la fotosíntesis quizás sea el más importante de sus ejemplos. Esto es algo nuevo, ya que la biología no tiene la necesidad o la capacidad de describir detalles tan pequeños hasta tiempos recientes.

Como señala Ivan Garcerant, la mecánica cuántica es cada vez más importante para la biología. La teoría del campo cuántico , sin embargo, describe la mecánica cuántica relativista de alta energía y probablemente no sea necesaria para hacer predicciones en biología.

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