Físicos pegam átomos individuais em experimento inovador

Nuvem atômica resfriada a laser vista através da câmera do microscópio. Crédito: University of Otago

"Este experimento é um passo importante para termos o controle e o poder de prever o comportamento de partículas à nível atômico com precisão. O avanço na miniaturização nos tornará capazes de manipular e criar novas tecnologias, nos conferindo um poder cada vez maior de ter influenciar a matéria que compõe nosso universo"

Em um primeiro momento para a física quântica, os pesquisadores da Universidade de Otago "mantiveram" átomos individuais no lugar e observaram interações atômicas complexas nunca antes vistas.

Uma infinidade de equipamentos, incluindo lasers, espelhos, uma câmara de vácuo e microscópios montados no Departamento de Física de Otago, além de muito tempo, energia e experiência, forneceram os ingredientes para investigar esse processo quântico, que até agora só era compreendido através de média estatística de experimentos envolvendo um grande número de átomos.

O experimento aprimora o conhecimento atual, oferecendo uma visão inédita do mundo microscópico, surpreendendo os pesquisadores com os resultados.

"Nosso método envolve a captura e o resfriamento individual de três átomos a uma temperatura de cerca de um milionésimo de Kelvin usando feixes de laser altamente focados em uma câmara de vácuo (evacuada), do tamanho de uma torradeira. Combinamos lentamente as armadilhas que contêm os átomos para produzir interações controladas que medimos ", diz o professor associado Mikkel F. Andersen, do Departamento de Física de Otago.

Quando os três átomos se aproximam, dois formam uma molécula e todos recebem um chute da energia liberada no processo. Uma câmera de microscópio permite que o processo seja ampliado e visualizado.

Mikkel Andersen (esquerda) e Marvin Weyland no laboratório de física. Crédito: University of Otago

"Dois átomos por si só não podem formar uma molécula, são necessários pelo menos três para fazer a química. Nosso trabalho é a primeira vez que esse processo básico foi estudado isoladamente, e acontece que ele deu vários resultados surpreendentes que não eram esperados de medição anterior em grandes nuvens de átomos ", diz o pesquisador de pós-doutorado Marvin Weyland, que liderou o experimento.

Por exemplo, os pesquisadores foram capazes de ver o resultado exato de processos individuais e observaram um novo processo em que dois átomos deixam o experimento juntos. Até agora, esse nível de detalhe era impossível de observar em experimentos com muitos átomos.

"Ao trabalhar nesse nível molecular, agora sabemos mais sobre como os átomos colidem e reagem um com o outro. Com o desenvolvimento, essa técnica poderia fornecer uma maneira de construir e controlar moléculas únicas de produtos químicos específicos", acrescenta Weyland.

O professor associado Andersen admite que a técnica e o nível de detalhe podem ser difíceis de entender para aqueles que estão fora do mundo da física quântica , no entanto, ele acredita que as aplicações dessa ciência serão úteis no desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas que podem impactar a sociedade tanto quanto os quantum anteriores. tecnologias que permitiam computadores modernos e a Internet.

"A pesquisa sobre a capacidade de construir em escala cada vez menor impulsionou grande parte do desenvolvimento tecnológico nas últimas décadas. Por exemplo, é a única razão pela qual os celulares de hoje têm mais poder computacional do que os supercomputadores da década de 1980. Nossa pesquisa tenta para pavimentar o caminho para poder construir na menor escala possível, a escala atômica, e estou emocionado ao ver como nossas descobertas influenciarão os avanços tecnológicos no futuro ", diz o professor associado Andersen.

Os resultados do experimento mostraram que demorou muito mais tempo do que o esperado para formar uma molécula em comparação com outros experimentos e cálculos teóricos, que atualmente são insuficientes para explicar esse fenômeno. Embora os pesquisadores sugiram mecanismos que possam explicar a discrepância, eles destacam a necessidade de desenvolvimentos teóricos adicionais nessa área da mecânica quântica experimental.

Fonte: https://m.phys.org/news/2020-02-physicists-individual-atoms-groundbreaking.html

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