Os feixes podem ser usados para atingir detalhes subatômicos invisíveis.
Os físicos criaram o primeiro feixe de vórtice atômico – um tornado rodopiante de átomos e moléculas com propriedades misteriosas que ainda não foram compreendidas.
Ao enviar um feixe reto de átomos de hélio através de uma grade com pequenas fendas, os cientistas foram capazes de usar as estranhas regras da mecânica quântica para transformar o feixe em um vórtice giratório.
O entusiasmo extra fornecido pela rotação do feixe, chamado momento angular orbital, dá a ele uma nova direção para se mover, permitindo que ele aja de maneiras que os pesquisadores ainda precisam prever. Por exemplo, eles acreditam que a rotação dos átomos pode adicionar dimensões extras de magnetismo ao feixe, ao lado de outros efeitos imprevisíveis, devido aos elétrons e núcleos dentro dos átomos do vórtice em espiral girando em velocidades diferentes.
“Uma possibilidade é que isso também mude o momento magnético do átomo”, ou o magnetismo intrínseco de uma partícula que a faz agir como uma minúscula barra magnética, afirma o coautor do estudo Yair Segev, físico da Universidade da Califórnia, Berkeley, disse.
Na imagem clássica simplificada do átomo, os elétrons carregados negativamente orbitam um núcleo atômico carregado positivamente. Nessa visão, Segev disse que, à medida que os átomos giram como um todo, os elétrons dentro do vórtice girariam a uma velocidade mais rápida do que os núcleos, “criando diferentes correntes [elétricas] opostas” à medida que se torcem. Isso poderia, de acordo com a famosa lei da indução magnética delineada por Michael Faraday, produzir todos os tipos de novos efeitos magnéticos, como momentos magnéticos que apontam para o centro do feixe e para fora dos próprios átomos, ao lado de mais efeitos que eles não podem prever .
Os pesquisadores criaram o feixe enviando átomos de hélio através de uma grade de pequenas fendas, cada uma com apenas 600 nanômetros de diâmetro. No reino da mecânica quântica – o conjunto de regras que governam o mundo dos muito pequenos – os átomos podem se comportar tanto como partículas quanto como ondas minúsculas; como tal, o feixe de átomos de hélio em forma de onda difratou-se através da grade, dobrando-se tanto que emergiu como um vórtice que serpenteava seu caminho através do espaço.
Os átomos girando então chegaram a um detector, que mostrou vários feixes – difratados em extensões diferentes para ter momentos angulares variados – como pequenos anéis parecidos com donuts impressos através dele. Os cientistas também identificaram anéis de donut ainda menores e mais brilhantes encaixados dentro dos três redemoinhos centrais. Estes são os sinais reveladores dos excímeros de hélio – uma molécula formada quando um átomo de hélio energicamente excitado se cola a outro átomo de hélio. (Normalmente, o hélio é um gás nobre e não se liga a nada.)
O momento angular orbital dado aos átomos dentro do feixe em espiral também muda as “regras de seleção” da mecânica quântica que determinam como os átomos em turbilhão irão interagir com outras partículas, disse Segev. Em seguida, os pesquisadores vão quebrar seus feixes de hélio em fótons, elétrons e átomos de elementos além do hélio para ver como eles podem se comportar.
Se seu feixe giratório de fato agir de maneira diferente, ele poderia se tornar um candidato ideal para um novo tipo de microscópio que pode examinar detalhes não descobertos no nível subatômico. O feixe poderia, de acordo com Segev, nos dar mais informações sobre algumas superfícies, alterando a imagem que é impressa nos átomos do feixe que ricocheteiam nele.
“Acho que, como costuma acontecer na ciência, não é um salto de capacidade que leva a algo novo, mas sim uma mudança de perspectiva”, disse Segev.
Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 3 de setembro na revista Science.
Publicado em 15/09/2021 16h44
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