Physiscs News Update nº 875

AVISO AOS LEITORES:  É uma repetição da mesmíssima matéria já publicada no ISNS de 10/10/2008… 😥
POR DENTRO DA PESQUISA CIENTÍFICA — PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de notícias sobre pesquisas do Instituto Americano de Física, nº 875 de 15 de outubro de 2008.    www.aip.org/pnu
MOLÉCULAS ULTRA-FRIAS.
Pela primeira vez conseguiu-se combinar átomos em moléculas firmemente ligadas e em números suficientes, em temperaturas próximas do zero absoluto. Isto é uma boa notícia para os cientistas que esperam obter um maior controle sobre as reações químicas básicas e para aqueles que querem construir um novo tipo de computador, baseado no misterioso comportamento quântico.
Os átomos são os componentes básicos da matéria comum, mas em nosso dia-a-dia a maior parte das coisas — plásticos, água, ar e até nossos próprios corpos — são feitos de moléculas, combinações de dois ou mais átomos, de forma que é importante estudá-las também. Realizar testes com um alto nível de detalhamento freqüentemente envolve manter as partículas em um receptáculo pequeno, o que é o melhor para poder observá-las,  e resfriá-las a temperaturas muito baixas, para conseguir medições de suas propriedades com precisão.
Isto é relativamente fácil de fazer com átomos, porém difícil, com moléculas. Isto se dá porque as moléculas, com diversas peças internas, ficam serpenteando em complexas combinações de rotação e vibração. Elas também podem se romper.
Em várias experiências novas, moléculas, cada uma consistindo de dois átomos, se mantiveram juntas por mais tempo do que nas experiências anteriores e com uma densidade maior, o que permitiu que as moléculas fossem estudadas com maiores detalhes. O truque aqui é, primeiro, resfriar átomos isolados e, então, convertê-los em moléculas igualmente frias, juntando os átomos com o emprego conjunto de pulsos de laser e forças magnéticas. As moléculas criadas estão tão frias que ficam praticamente em repouso e se mantém na menor condição de energia possível, uma na qual elas não giram, nem vibram.
Nas experiências anteriores também se conseguiu moléculas frias, mas o processo produziu somente moléculas bem separadas e fracamente ligadas que rapidamente se rompiam. Além disso, a nova pesquisa converte átomos em moléculas de maneira mais eficiente, com índices de sucesso de até 90%.
Os cientistas recorreram às moléculas ultra-frias e ultra-lentas porque uma molécula praticamente em repouso provavelmente irá se comportar de acordo com o tipo de regras quânticas usadas nos atuais produtos eletrônicos mais rápidos. As medições em uma molécula em repouso serão menos nebulosas do que as obtidas de uma molécula serpenteando por aí.  A temperatura usada na experiência do consórcio JILA do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade do Colorado em Boulder, e outro, realizado na Universidade de Innsbruck na Áustria, foi de apenas alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto (a menor temperatura possível permitida pela física), ou cerca de -273ºC. Esta é quase que a mesma temperatura mais baixa existente no Sistema Solar. Até o espaço entre os planetas é mais quente do que no dispositivo de aprisionamento nesses laboratórios.
Os átomos tem um formato esférico simples, enquanto que as moléculas com dois átomos parecem mais com bolas de futebol americano ou com halteres. Moléculas com mais átomos são ainda mais complicadas. Por causa dessa complexidade, as moléculas podem ser mais difíceis de estudar — elas são difíceis de pegar uma de cada vez. Porém, os cientistas esperam que essa complexidade possa ser explorada para a fabricação de novos materiais com novas propriedades, ou na produção de novas formas de computação ou comunicação.
As moléculas usadas na experiência de Boulder foram feitas com um átomo de potássio ligado a um átomo de rubídio. Muito embora a molécula como um todo seja eletricamente neutra, uma pequenina carga negativa tende a se formar em uma das extremidades da molécula e uma pequenina carga positiva na outra extremidade. Esse arranjo é chamado de dipolo elétrico. Exemplos comuns dessas moléculas “polares” incluem a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Moléculas polares, com suas cargas com uma separação minúscula, podem ser controladas por pequenos eletrodos nas proximidades. Por isto, as moléculas polares são usadas em coisas tais como mostradores de relógios de pulso e telas de TV.
Na experiência de Innsbruck, os átomos que foram resfriados não ficaram se movendo ao léu, como em um gás; ao contrário, foram confinados em posições predeterminadas, como se fossem peças em um tabuleiro de xadrez em três dimensões. Esse confinamento especial, realizado com feixes de laser que rstringiam a movimentação dos átomos, criou um arranjo de átomos em suspensão em um espaço, um tipo de material artificial diluído, chamado de uma grade óptica. Na verdade, o entrecruzamento dos feixes de laser foi disposto de forma a assentar dois átomos (do elemento rubídio) em cada “casa” do “tabuleiro de xadrez”. Outra maneira de visualizar a disposição dos átomos no espaço é pensar nelas como encaixadas nas cavidades de uma bandeja de ovos. (ver figura). A partir disso, são aplicados outros campos magnéticos e os pares de átomos levam um “empurrão” para se tornarem moléculas.



Na Universidade de Innsbruck os átomos de rubídio são mantidos em uma grade óptica, criada pelo entrecruzamento de feixes de laser que mantém os átomos em posição, de maneira semelhante a ovos em uma bandeja especial. As moléculas fracamente ligadas (esquerda) com dois átomos de Rb pode ser feita por “armadilhas” magnéticas a temperaturas de nK. Quando um outro campo de ondas de rádio é aplicado, as moléculas se tornam mais fortemente ligadas (direita).
Clique aqui para ver a imagem original


O físico de Innsbruck, Johannes Denschlag, gosta de comparar cada espaço na grade a um “nano-tubo de ensaio”, uma pequena zona menor do que um milionésimo de metro (micrômetro), onde as reações químicas ocorrem com poucos átomos de cada vez. Não só isto, como a reação pode ser completamente contolada e a força da interação pode ser ajustada. Na experiência de Innsbruck as moléculas não são polares. Em lugar disso, elas se comportam como pequenos magnetos. E isso dá aos pesquisadores um outro processo (com o emprego de pequenos magnetos próximos0 para controlar a química a nível atômico.

Na experiência de Boulder, as moléculas ultra-frias são produzidas em um estado fundamental, o mais baixo e mais estável dos estados de energia possíveis. As moléculas são empacotadas neste estado com uma denisdade recorde, mais de um bilhão por centímetro cúbico. Como essas moléculas são polares, os cientistas podem contolá-las com eletrodos e talvez mesmo codificar informação nas moléculas. E, uma vez que as moléculas ficam tão juntas, uma meta importante seria a realização de atividades de micro-processamento, deixando as moléculas interagirem entre si de maneira controlável. Isto, por sua vez, ajudaria a tornar possível um computador quântico em escala nanoscópica, capaz de realizar certos cálculos, tais como realizar buscas em grandes bases de dados ou fatorar números grandes em seus componentes, muito mais rapidamente do que os computadores digitais convencionais.

Um dos cientists de Boulder, Jun Ye, diz que este controle sem prcedentes sobre as moléculas pode tabém permitir o desenvolvimento de um controle de tempo mais preciso do que é feito com os atuais relógios atômicos. Anteriormente, neste ano ainda, Ye participou da manufatura do relógio mais preciso jamais construído.

Os resultados do NIST foram publicados em uma recente edição da revista Science, enquanto os resultados de Innsbruck apareceram na Physical Review Letters. (Phillip F. Schewe)

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PHYSICS NEWS UPDATE é um apanhado de notícias vindas de congressos de física, publicações diversas de física e outras fontes de notícias. É distribuído de graça como um meio de disseminar informações sobre a física e os físicos. Por isso sua divulgação é livre, desde que devidamente concedido o crédito à Associação Americana de Física. 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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