Para entender como os átomos se combinam para formar moléculas, precisamos capturá-los em ação. Mas, para fazer isso, os físicos devem fazer os átomos pararem por tempo suficiente para que suas interações sejam registradas.
Não é uma tarefa fácil, mas foi conseguida por físicos da Universidade de Otago.
Até agora, a melhor maneira de entender os meandros das várias interações dos átomos tem sido calcular correlações com base nos valores médios entre um agrupamento de partículas.
Esta versão crowdsourced da tecnologia atômica fornece muita ciência útil, mas falha em compreender os detalhes-chave da colisão e colisões esmagadoras entre partículas individuais que fazem com que outras se espalhem e se fundam.
Mesmo que você consiga capturar vários átomos no mesmo espaço, cada colisão pode fazer com que os átomos saiam de seu experimento.
Uma maneira de analisar essas colisões é agarrar átomos isolados com o equivalente a um minúsculo par de pinças, mantê-los parados e registrar as mudanças conforme elas acontecem.
Felizmente, esse par de pinças existe. Feito de luz polarizada especialmente alinhada, esse alicate a laser pode funcionar como armadilhas ópticas para objetos minúsculos.
Dados os comprimentos de onda relativamente curtos da luz, o experimentador tem uma boa chance de capturar algo tão minúsculo quanto um único átomo. Claro, primeiro você precisa resfriar os átomos para torná-los mais fáceis de capturar e, em seguida, selecioná-los no espaço vazio.
Mikkel Andersen (à esquerda) e Marvin Weiland no laboratório de física.
Parece fácil. Mas o processo requer a tecnologia certa e muita paciência para ser alcançado.
“Nosso método envolve capturar e resfriar individualmente três átomos a uma temperatura de cerca de um milionésimo Kelvin usando feixes de laser altamente focalizados em uma câmara de hipervácuo (vácuo) do tamanho de uma torradeira”, diz o físico Mikkel F. Andersen.
“Estamos lentamente combinando armadilhas contendo átomos para produzir interações controladas que medimos.”
Nesse caso, todos os átomos eram variedades de rubídio que se ligam para formar moléculas de dirubídio, mas apenas dois átomos não são suficientes para isso.
“Dois átomos não podem formar uma molécula; a química requer pelo menos três”, diz o físico Marvin Weiland.
Modelar como isso acontece é um verdadeiro desafio. Claramente, dois átomos devem se aproximar o suficiente para formar uma ligação, enquanto o terceiro tira parte dessa energia de ligação para deixá-los ligados.
É difícil calcular a matemática de como apenas dois átomos se encontram para construir uma molécula. Levar todas as ações em consideração pode ser um pesadelo.
Em teoria, a recombinação de três corpos entre átomos deveria forçá-los a sair da armadilha, o que geralmente adiciona outro problema para os físicos que tentam estudar as interações entre vários átomos.
Usando uma câmera dedicada para observar as mudanças, a equipe capturou o momento em que as partículas de rubídio se aproximaram e descobriu que a taxa de perda não era tão alta quanto o esperado.
Na verdade, isso também significa que as moléculas não se montaram tão rapidamente quanto os modelos existentes podem explicar.
Algo sobre a limitação de átomos e efeitos quânticos de curto alcance pode ajudar a explicar essa lentidão, mas o fato de que isso é inesperado significa que muita física pode ser explorada por meio desse processo.
“Com o desenvolvimento, este método pode fornecer uma maneira de criar e controlar moléculas individuais de certos produtos químicos.”
Outros experimentos ajudarão a refinar esses modelos para explicar melhor como grupos de átomos trabalham juntos para se encontrar e se ligar em diferentes condições.
Em um mundo de tecnologia em constante aperfeiçoamento, não é difícil imaginar a necessidade de processos nos quais circuitos microscópicos e drogas avançadas sejam construídas átomo por átomo, um composto por vez.
“Nossa pesquisa está tentando abrir o caminho para a capacidade de construir em uma escala muito pequena, ou seja, na escala atômica, e estou entusiasmado em ver como nossas descobertas influenciarão o progresso tecnológico no futuro”, diz Andersen.
Esta pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.
Fontes: Foto: Universidade de Otago
