Наше повсякденне життя сповнене ароматів, які ми сприймаємо завдяки дивовижному процесу нюху. Щодня ми робимо понад 20 000 вдихів, автоматично забезпечуючи себе киснем і виводячи вуглекислий газ. Однак разом з киснем у наше тіло потрапляє безліч інших молекул, що несуть інформацію про навколишній світ. Саме для розшифровки цієї інформації існує наш нюх – складний механізм, що дозволяє нам ідентифікувати людей із заплющеними очима, уникати небезпеки або повертатися спогадами до дитячих літніх днів.
Традиційна теорія, запропонована нобелівськими лауреатами Ліндою Бак та Річардом Акселем у 2004 році, припускає, що рецепторні білки в носовій порожнині вловлюють зовнішні молекули. Коли молекула ідеально підходить до рецептора, активується сигнал, який мозок інтерпретує як певний запах. Однак ця теорія не завжди пояснює, чому молекули зі схожою структурою можуть мати абсолютно різний запах. Наприклад, молекула спирту може пахнути свіжоскошеною травою, тоді як заміна кисню на сірку, зберігаючи геометрію, надає їй запаху тухлих яєць.
Альтернативну перспективу пропонує теорія біофізика Луки Тюріна та його колег з Массачусетського технологічного інституту (MIT). У 1996 році вони висунули гіпотезу, що наш ніс сприймає не форму молекул, а їхні квантові вібрації. Ця теорія базується на тому, що молекули постійно рухаються та вібрують за кімнатної температури. Ці вібрації є квантованими, тобто дозволені лише певні режими коливань з унікальною енергією. Наприклад, молекула води має три основні «танцювальні кроки» (вібраційні режими), кожен з яких має свою енергію. Якщо молекула отримує певну кількість енергії, вона може перейти у вищий енергетичний стан, змінюючи свої вібрації. Важка вода, яка має ту ж форму, але містить дейтерій замість водню, вібрує інакше через більшу масу атомів, хоча її форма ідентична звичайній воді.
Експерименти, проведені Тюріном з використанням плодових мушок, чий нюх надзвичайно чутливий, підтвердили цю гіпотезу. Комахи реагували на воду та відрізняли її від важкої води, що свідчить про сприйняття вібрацій, а не лише форми. Це відкриття призвело до розробки концепції «квантового носового тунелю» – механізму, що використовує квантові властивості електронів для розпізнавання молекул за їхніми вібраціями, подібно до роботи лабораторних спектрометрів, таких як спектроскопія непружного електронного тунелювання (IETS). Згідно з цією теорією, коли молекула зв'язується з рецептором, електрон переносить енергію між частинами білка, що генерує сигнал для мозку. Якщо енергія, необхідна для переходу молекули на вищий вібраційний рівень, збігається з енергією, яку електрон вивільняє під час перенесення, відбувається активація запаху. В іншому випадку сигнал не надходить.
Ця теорія має практичне застосування. Лука Тюрін заснував компанію Flexitral, яка використовує цю концепцію для парфумерної промисловості. Розраховуючи вібраційні режими молекул, компанія може замінювати дорогі інгредієнти дешевшими аналогами, що мають схожі вібраційні характеристики та, відповідно, запах. Професорка фізичної хімії Елісабете Ресабаль з Університету Країни Басків підкреслила на ювілеї Naukas Bilbao 2025, що квантова механіка, хоч і здається віддаленою, глибоко присутня в нашому житті, зокрема, у функціонуванні нашого тіла. У випадку нюху, всі докази вказують на вібрацію як ключовий фактор сприйняття запахів.