В физике есть интересный и встречающийся в разных ее областях объект под названием «солитон». По определению это структурно устойчивая уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде, которая ведет себя подобно частицам – при взаимодействии друг с другом или с другими возмущениями такие волны не разрушаются, а продолжают движение, сохраняя свою структуру. Самый известный пример солитона лучше наблюдать сильно издалека, так как это цунами)
Солитоны можно организовать и в оптике, для чего требуется лазер, как источник света, и специфическая по своим свойствам среда, в которой этот свет распространятся. В результате получается движущаяся с постоянной скоростью устойчивая световая волна, что можно, например, использоваться для передачи без помех данных на большие расстояния.
Этим же свойством устойчивости решила воспользоваться коллаборация ученых из Университета Мэриленда и Института Макса Планка в своем исследовании на стыке биохимии и нелинейной оптики и смоделировать свойства супрамолекул.
Тут нужно дать пояснения. Обычная молекула собирается из атомов, объединенных с помощью химической ковалентной связи. Супрамолекула же собирается из молекул за счет значительно более слабых нековалентных межмолекулярных сил, когда определяющее значение приобретает геометрическое и химическое соответствие фрагментов молекул. В природе такие соединения часто используются биологическими системами для обработки и хранения информации.
Упомянутая выше коллаборация смогла увязать между собой такие разные, казалось бы, объекты как супрамолекулы и оптические солитоны. Удивительно, но солитоны могут образовывать аналогичные настоящим молекулам ансамбли— оптические молекулы, которые в свою очереди способны образовывать слабосвязанные ансамбли, похожие на настоящие супрамолекулы.
В результате, такое соответствие сильно облегчит жизнь биохимикам, поскольку эксперименты в супрамолекулярной химии занятие сложное и муторное, особенно в сравнении со значительно более контролируемыми экспериментами в нелинейной оптике.
В общем, неожиданно, но факт— свет действительно может себя вести аналогично довольно сложным химическим соединениям.
W. He et al, Formation of optical supramolecular structures in a fibre laser by tailoring long-range soliton interactions, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-13746-6
