Physics News Update nº 818

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 818, de 5 de abril de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE
RESFRIAMENTO A LASER DE OBJETOS DO TAMANHO DE UMA MOEDA, até temperaturas de 1°K agora é possível. Em um conjunto de experiências realizadas no ano passado, uma variação da técnica de resfriamento a laser, usada no congelamento de vapores de gases até temperaturas sub-kelvin, foi usada em amostras macroscópicas (porém ainda muito pequenas) na faixa de nano e micrograma. Agora, uma colaboração de cientistas do Laboratório LIGO no MIT e Caltech e dos Institutos Max Planck em Potsdam e Hannover, usou feixes de laser para arrefecer um espelho do tamanho de uma moedinha, com uma massa de 1 grama, até uma temperatura de 0,8°K. A meta de congelar um objeto comparativamente grande (com mais de 1020 átomos) é investigar as propriedades quânticas de grandes conjuntos de matéria. Um importante caveat aqui é o fato de que em todas essas experiências, a “refrigeração” acontece em uma única dimensão. A temperatura de 1°K se aplica ao movimento dos átomos ao longo da direção do feixe de laser, enquanto o espelho fica livre para se movimentar (embora não muito) em outras direções. Consequentemente, se alguém tocasse a amostra, ela não pareceria criogenicamente fria.
Além do recorde de baixa temeperatura obtido para um objeto grande como 1 grama, outra característica interessante da experiência diz respeito à magnitude da força exercida pelos feixes de laser. Na dimensão escolhida, o feixe fixa o espelho tão firmemente que parece que ele está sendo preso no lugar por uma mola mais rígida do que um diamante com as mesmas dimensões do feixe laser (longo e fino). De acordo com o pesquisador do MIT, Nergis Mavalvala, a amostra é fixada por uma rigidez (como se o feixe de laser fosse sólido) caracterizado por um Módulo de Young (o parâmetro que especifica a rigidez) de 1,2 Tera-Pascals, algo 20% mais duro que o diamante. (Corbitt et al., Physical Review Letters, artigo a ser publicado; página wiki do laboratório aqui)
O TUNELAMENTO DE ELÉTRONS EM ÁTOMOS FOI AGORA OBSERVADO EM TEMPO REAL por uma equipe Germânico-Austro-Holandesa (Ferenc Krausz, Instituto Max Planck de óptica quântica e Ludwig Maximilians, da Universidade de Munich), usando pulsos de luz que duram apenas muitas centenas de attossegundos (bilhonésimos de bilhonésimos de segundo), o que fornece novos vislumbres sobre um importante e ultra-rápido processo na natureza.
Um elétron ligado a um átomo fica na base de um tipo de colina energética. Para escapar do átomo, o elétron ususalmente requer adquirir energia suficiente para passar por cima da colina. Então, por exemplo, bombardear um átomo com pulsos de luz que emita fótons com energia suficiente, pode permitir que o elétron escape. Entretanto, se o átomo for banhado por um chuveiro de fótons de menor energia, ainda há uma chance de que um elétron, se estiver localizado na periferia do átomo, possa escapar, muito embora não tenha a energia suficiente. Isto acontece através do fenômeno de tunelamento quântico, no qual existe uma pequena probabilidade de que o elétron “escave um túnel” através da colina de energia. O processo de tunelamento é responsável pelo funcionamento de certos componentes eletrônicos, tais como microscópios de varredura por tunelamento, Diodos (de túnel) Esaki e lasers de cascata quântica. E, na fissão nuclear, acredita-se que partículas Alfa (dois prótons mais dois nêutrons) escapem do núcleo fissionado através de tunelamento. Porém, o processo de tunelamento acontece tão rapidamente, na escala de attossegundos, que não tinha sido possível observá-lo diretamente. Com a recente capacidade de criar pulsos de luz na escala de attossegundos — liderado por Krausz e outros — agora isto é possível. Na nova experiência, um gás de átomos de Neônio é exposto a dois pulsos de luz. Um é um pulso intenso, contendo fótons vermelhos de baixa energia. O segundo pulso é um pulso de luz ultravioleta com a duração de attossegundos. Este pulso ultravioleta de attossegundos envia fótons tão energéticos que eles podem arrancar um elétron e promover outro para a periferia do átomo, em um estado quântico excitado. Então, o intenso pulso vermelho, consistindo somente de uns poucos ciclos de onda (picos e vales), tem uma chance de libertar o elétron exteriorizado, através do tunelamento induzido por campo de luz. Com efeito, os pesquisadores viram este fenômeno, previsto teoricamente quarenta anos atrás, mas somente verificado experimentalmente agora, pela primeira vez, em um estudo diretamente resolvido em tempo. Cada vez que uma crista de onda do pulso de poucos ciclos vermelho percorria os átomos, os elétrons, a cada vez, aumentavam sua probabilidade de escapar por tunelamento, até que se atinguiu os 100%. Os dados indicam que, nesse sistema em particular, os elétrons escapam por tunelamento em três passos distintos, sincronizados com os três mais intensos picos de onda no centro da onda laser de poucos ciclos. Cada passo demora menos do que 400 attossegundos. (Uiberacker et al, Nature, 5 de abril de 2007; ver também o press release com figuras e mais informações em http://www.mpq.mpg.de)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.

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