Moléculas refrigeradas perto do zero absoluto acabaram de quebrar um novo recorde de Física

um processo de arrefecimento em duas etapas usando lasers permitiu aos físicos empurrar moléculas de monofluoreto de cálcio para uma temperatura recorde, quebrando uma barreira que até agora tem sido intransitável.

décadas atrás, a refrigeração de átomos individuais para perto do zero absoluto abriu um novo mundo de pesquisa para físicos de partículas. Este último avanço também pode proporcionar terreno fértil para aprender mais sobre como os átomos se comportam quando Unidos como moléculas.

the process behind the record cooling performed by researchers from the Centre for Cold Matter at Imperial College London isn’t all that different to those used to cool atoms.

uma partícula em movimento é uma partícula quente, o que significa arrefecer um átomo ou uma molécula que você simplesmente precisa para abrandar o seu zumbido.

uma maneira de fazer isso é tirar proveito de como os átomos absorvem e emitem quanta de luz, potencialmente perdendo algum momentum no processo. Um laser sintonizado com uma frequência específica é dirigido a átomos presos num espaço confinado por um campo magnético. Se o átomo está a afastar-se da luz, a frequência que experimenta é de Doppler deslocada ligeiramente para a extremidade vermelha do espectro. Se a partícula se move para o feixe, a frequência que a atinge desloca-se para a extremidade azul.

acertar essa frequência significa que os átomos que se movem para o laser a uma determinada velocidade podem absorver um fóton de luz. Isso aumenta um de seus elétrons para um novo nível de energia, que então emite um fóton em uma direção aleatória quando ele desce.Esta emissão de fótons significa uma diminuição global do momento dos átomos, retardando-os gradualmente.

This process called Doppler cooling can only get particles so cold, as the energy lost by emitting photons is balanced by the energy the atoms receive in the trap.

átomos individuais podem ser resfriados além deste chamado limite Doppler com várias outras técnicas, permitindo que os físicos atinjam temperaturas incríveis de apenas 50 triliões de um kelvin, ou 0,00000000005 graus acima do zero absoluto.

mas até agora os físicos só conseguiram forçar os átomos a fazer moléculas enquanto que as moléculas de fluoreto de estrôncio Frias, ou arrefecem as moléculas existentes a temperaturas acima do limite Doppler.Unindo-se em sistemas mais complexos, os átomos não respondem de forma tão fiável aos mesmos truques de arrefecimento.

para empurrar os limites, os pesquisadores mantiveram um monte de moléculas de monofluoreto de cálcio no lugar por uma combinação de campos magnéticos e lasers chamados de armadilha magneto-óptica.

isto foi o suficiente para os levar até ao limite Doppler. Para passar a linha, os pesquisadores usaram uma segunda técnica chamada resfriamento de Sísifo.Se você se lembra de seus mitos gregos, o rei Sísifo era a alma condenada que foi forçada a empurrar eternamente uma pedra para cima de uma montanha apenas para que ela rolasse para o outro lado, tudo porque ele era o tipo de governante que gostava de matar seus convidados.

esta rotina de trabalho infinito é apenas o tipo de coisa para Sapar partículas de sua energia.

em vez de uma montanha, os físicos usam um par de lasers opostos polarizados de tal forma a forçar uma partícula a subir um monte de energia, perdendo momentum no processo.

This allowed the researchers to drag the calcium monofluoride down to temperatures of 50 microkelvin, or 50 millionths of a degree above absolute zero.

isso ainda está longe de quão frio podemos fazer átomos individuais, mas é melhor do que o recorde anterior de 400 microkelvin realizado com moléculas de fluoreto de estrôncio.

a parede teórica de temperatura do zero absoluto é como um paradoxo de Zenão da física de partículas – nós só podemos cortar uma fração da energia de uma partícula em movimento, tornando-se uma impossibilidade matemática que uma partícula poderia nunca ter nenhum calor.Mas alongar-nos em direção a esse objetivo infinito permitiu-nos estudar partículas em detalhes sem precedentes, mostrando novos comportamentos estranhos e permitindo-nos estudar como as forças que as mantêm juntas surgem em primeiro lugar.Sem dúvida que este novo limite ajudará a expandir o nosso conhecimento sobre como a química funciona a um nível fundamental.

esta pesquisa foi publicada em Física da natureza.