論文の概要: Robustness of the avian compass function described by radical pair model against biomagnetic noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.08730v1
• Date: Tue, 11 Mar 2025 01:43:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-13 15:38:38.503807
• Title: Robustness of the avian compass function described by radical pair model against biomagnetic noise
• Title（参考訳）: 生体磁気ノイズに対するラジカルペアモデルによる鳥類コンパス機能のロバスト性
• Authors: Tokio Yoshida, Masaya Kunimi, Tetsuro Nikuni,
• Abstract要約: 鳥類の目に存在することが示唆される磁気センシング機構は、その移動を支援する磁気傾斜を検出するコンパスとして機能する。 このメカニズムは、ラジカルペア(RP)モデルとして知られる量子スピンモデルによってモデル化される。 我々は,Lindblad型マスター方程式に基づく環境磁気ノイズを組み込んだモデルを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The magnetic sensing mechanism proposed to exist in avian eyes functions as a compass that detects the geomagnetic inclination aiding their migration. This mechanism is modeled by a quantum spin model known as the radical pair (RP) model. This model suggests that information about geomagnetic inclination is transmitted as biochemical signals via spin-selective recombination of the RP. However, as a delicate quantum system in a warm and noisy in vivo environment, the RP model is likely to be subject to unavoidable environmental noise. In this study, we develop a model that incorporates environmental magnetic noise, based on a Lindblad-type master equation. Our model includes the type of biological tissue and the temperature of the biological system as parameters, accounting for their effects. The results of numerical calculations indicate that the compass function of the RP model is robust against intrinsic magnetic noise arising from thermal fluctuations in the electromagnetic field within realistic biomagnetic range. However, noise from an environmental magnetic field far exceeding the biological magnetic range, on the order of hundreds to thousands of $\mu$T, significantly affects and disrupts the compass function. This work provides a foundation for quantifying environmental influences on open quantum systems in biological settings and offers a tool for connecting experimental measurements of environmental magnetic fields with quantum noise modeling.
• Abstract（参考訳）: 鳥類の目に存在することが示唆される磁気センシング機構は、その移動を支援する磁気傾斜を検出するコンパスとして機能する。 このメカニズムは、ラジカルペア(RP)モデルとして知られる量子スピンモデルによってモデル化される。 このモデルは、磁気傾斜に関する情報が、RPのスピン選択的再結合を介して生化学的信号として伝達されることを示唆している。 しかし、温かくて騒がしい生体環境における繊細な量子系として、RPモデルは避けられない環境ノイズにさらされる可能性が高い。 本研究では,Lindblad型マスタ式に基づく環境磁気ノイズを組み込んだモデルを開発した。 本モデルは,生体組織の種類と生体系の温度をパラメータとして含み,その影響を考慮に入れた。 数値計算の結果、RPモデルのコンパス関数は、現実的な生体磁気範囲内の電磁界の熱ゆらぎに起因する固有磁気ノイズに対して頑健であることが示唆された。 しかし、環境磁場からのノイズは、数百〜数千ドルという生物磁気範囲をはるかに超え、コンパス関数に大きく影響し破壊する。 この研究は、生物環境でのオープン量子システムに対する環境影響を定量化するための基盤を提供し、環境磁場の実験的な測定と量子ノイズモデリングを結びつけるためのツールを提供する。

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