doi.org/10.48550/arXiv.2404.05699
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#Átomos
Uma nova técnica de imagem, que capturou átomos de lítio congelados transformando-se em ondas quânticas, poderia ser usada para sondar alguns dos aspectos mais mal compreendidos do mundo quântico.
Pela primeira vez, os físicos capturaram uma imagem clara de átomos individuais comportando-se como uma onda.
A imagem mostra pontos vermelhos nítidos de átomos fluorescentes transformando-se em bolhas difusas de pacotes de ondas e é uma demonstração impressionante da ideia de que os átomos existem tanto como partículas quanto como ondas – uma das pedras angulares da mecânica quântica.
Os cientistas que inventaram a técnica de imagem publicaram suas descobertas no servidor de pré-impressão arXiv, portanto sua pesquisa ainda não foi revisada por pares.
“A natureza ondulatória da matéria continua sendo um dos aspectos mais marcantes da mecânica quântica”, escreveram os pesquisadores no artigo.
Eles acrescentam que sua nova técnica poderia ser usada para criar imagens de sistemas mais complexos, fornecendo insights sobre algumas questões fundamentais da física.
Proposta pela primeira vez pelo físico francês Louis de Broglie em 1924 e expandida por Erwin Schrödinger dois anos depois, a dualidade onda-partícula afirma que todos os objetos de tamanho quântico e, portanto, toda a matéria, existem como partículas e ondas ao mesmo tempo.
A famosa equação de Schrödinger é normalmente interpretada pelos físicos como afirmando que os átomos existem como pacotes de probabilidade semelhante a uma onda no espaço, que são então colapsados em partículas discretas após observação.
Embora desconcertantemente contra-intuitiva, esta propriedade bizarra do mundo quântico foi testemunhada em numerosos experimentos.
Para imaginar esta dualidade difusa, os físicos primeiro resfriaram os átomos de lítio a temperaturas quase zero absolutas, bombardeando-os com fótons, ou partículas de luz, de um laser para roubar-lhes o seu momento.
Depois que os átomos foram resfriados, mais lasers os prenderam dentro de uma rede óptica como pacotes discretos.
Com os átomos resfriados e confinados, os pesquisadores ligavam e desligavam periodicamente a rede óptica – expandindo os átomos de um estado confinado de quase partícula para um estado semelhante a uma onda, e depois vice-versa.
Uma câmera de microscópio registrou a luz emitida por átomos no estado de partícula em dois momentos diferentes, com os átomos se comportando como ondas entre eles.
Reunindo muitas imagens, os autores construíram o formato dessa onda e observaram como ela se expande com o tempo, em perfeita concordância com a equação de Schrödinger “Este método de imagem consiste em voltar na rede para projetar cada pacote de onda em um único poço para transformá-los em partículas novamente – não é mais uma onda”, disse o co-autor do estudo Tarik Yefsah, físico do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica e da École normale supérieure de Paris, ao WordsSideKick.com.
“Você pode ver nosso método de imagem como uma forma de amostrar a densidade da função de onda, não muito diferente dos pixels de uma câmera CCD.” Uma câmera CCD é um tipo comum de câmera digital que usa um dispositivo de carga acoplada para capturar suas imagens.
Os cientistas dizem que esta imagem é apenas uma simples demonstração.
O próximo passo será usá-lo para estudar sistemas de átomos em forte interação que são menos compreendidos.
“O estudo de tais sistemas poderia melhorar a nossa compreensão de estados estranhos da matéria, como aqueles encontrados no núcleo de estrelas de nêutrons extremamente densas, ou o plasma de quark-glúon que se acredita ter existido logo após o Big Bang”, disse Yefsah.
Publicado em 12/05/2024 23h08
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