Líderes no campo da pesquisa de moléculas ultracoldas das universidades de Columbia e Harvard estão se unindo para impulsionar a compreensão da mecânica quântica de reações químicas.
A parceria resultará no desenvolvimento de novas técnicas, mais precisas, que expandirão o campo da química ultrafriada a um conjunto atualmente inatingível de espécies moleculares e reações, possibilitando novas gerações de experimentos em física fundamental.
“Estamos muito entusiasmados com essa colaboração porque estamos combinando duas direções de pesquisa que foram desenvolvidas separadamente e agora podem ser reunidas para desenvolver um novo conjunto de ferramentas para físicos e químicos”, disse Tanya Zelevinsky, professora de Física Atômica, Molecular e Óptica e investigadora principal do Laboratório Z da Universidade de Colúmbia.
Os últimos anos trouxeram o avanço das tecnologias quânticas, incluindo as capacidades de resfriamento a laser, que permitiram o estudo de átomos em temperaturas de microeletrina ou quase zero. Nesse estado, os cientistas são capazes de manipular e estudar a influência da estatística quântica, confinando geometria e campos magnéticos – características não clássicas que são inacessíveis em configurações de temperatura ambiente – no comportamento de um átomo.
Experimentalistas sabem há anos que as medidas ultrassensíveis feitas em átomos ou moléculas ultracoldas podem revelar alguns dos segredos da natureza agora ocultos, como se as “constantes da natureza” são realmente constantes ou estão mudando com o tempo.
Os cientistas têm conseguido usar o resfriamento a laser para estudar muitos tipos de átomos, mas os átomos de maior interesse químico para pesquisadores, como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, não possuem as propriedades necessárias para o resfriamento direto. Técnicas inteiramente novas são necessárias para explorar a química ultracold que envolve essas espécies.
Em um esforço para superar este desafio, os pesquisadores estão começando a se concentrar na criação de moléculas ultracold contendo esses átomos alvo. Desenvolver e aplicar essas técnicas é o objetivo de um novo projeto financiado pela Fundação W. M. Keck.
O investigador principal Zelevinsky e o co-pesquisador John Doyle, em Harvard, receberam uma doação de US $ 1 milhão ao longo de três anos para levar seu trabalho ao próximo nível, desenvolvendo uma instalação experimental que abrirá o campo da química ultracold a maior variedade de espécies e reações atômicas e moleculares.
Para enfrentar o desafio de resfriamento das moléculas, os pesquisadores estão abordando o problema de um novo ângulo. Zelevinsky explicou que a ligação de certos átomos de metal, como o cálcio, permite que algumas moléculas sejam resfriadas pela luz do laser.
O plano da equipe é criar uma gama de moléculas com este anexo de metal, aplicar luz laser para resfriar as moléculas a temperaturas até então inatingíveis e, em seguida, usar luz laser adicional para cortar o átomo de metal em um processo chamado fotodissociação. . Esta técnica permitirá a manipulação de movimentos e ligações químicas de moléculas mais complexas para criar uma variedade de espécies de moléculas ultra-duras que são altamente desejáveis, mas até agora inacessíveis, aos pesquisadores, empurrando assim o campo para um novo território.
Potencial para o projeto é imensurável.
“Há tantas coisas que essas moléculas nos ajudarão a entender”, disse Zelevinsky, acrescentando que o estudo de reações químicas envolvendo moléculas poliatômicas a temperaturas ultracaixas abrirá novos caminhos para testar a compreensão atual das simetrias e leis fundamentais da natureza, incluindo coisas sobre nossos universo que os cientistas ainda não conseguem explicar, como desequilíbrio de matéria-antimatéria, energia escura e ambientes interestelares. A pesquisa também fornecerá moléculas para experimentos de mesa que tradicionalmente exigem aceleradores multimilionários para conduzir.
“É realmente um grande ganho poder fazer esse tipo de física sem gastar bilhões em um acelerador”, disse ela. “Fazer química no regime muito fundamental tem um senso de beleza com o qual as pessoas podem se relacionar. Quando a física quântica nos átomos foi desenvolvida pela primeira vez, ninguém poderia ter imaginado as muitas maneiras pelas quais ela seria usada em nosso cotidiano hoje. Moléculas – elas podem vibrar e girar, e são mais ricas que átomos. Haverá muitas, muitas outras aplicações que nem podemos imaginar agora. “
Publicado em 09/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-combine-quantum-expertise-advance-ultracold.html
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