Pela primeira vez, pesquisadores observaram a “superquímica quântica” em laboratório.
Teorizada há muito tempo, mas nunca antes vista, a superquímica quântica é um fenômeno no qual átomos ou moléculas no mesmo estado quântico reagem quimicamente mais rapidamente do que átomos ou moléculas que estão em estados quânticos diferentes. Um estado quântico é um conjunto de características de uma partícula quântica, como spin (momento angular) ou nível de energia.
Para observar essa nova química supercarregada, os pesquisadores tiveram que persuadir não apenas átomos, mas moléculas inteiras, ao mesmo estado quântico. Quando o fizeram, no entanto, viram que as reações químicas ocorriam coletivamente, e não individualmente. E quanto mais átomos estavam envolvidos, ou seja, quanto maior a densidade dos átomos, mais rápidas eram as reações químicas.
O que vimos se alinhou com as previsões teóricas. Este é um objetivo científico há 20 anos, então é uma era muito emocionante.
disse Cheng Chin, professor de física da Universidade de Chicago que liderou a pesquisa, em um comunicado.
A equipe relatou suas descobertas em 24 de julho na revista Nature Physics.
O estudo
Os pesquisadores observaram a superquímica quântica em átomos de césio que se emparelharam para formar moléculas. Primeiro, eles resfriaram o gás césio até perto do zero absoluto, o ponto em que todo o movimento cessa. Nesse estado resfriado, eles poderiam colocar cada átomo de césio no mesmo estado quântico. Eles então alteraram o campo magnético circundante para iniciar a ligação química dos átomos.
Esses átomos reagiram mais rapidamente juntos para formar moléculas de césio de dois átomos do que quando os pesquisadores conduziram o experimento em gás normal, não super-resfriado. As moléculas resultantes também compartilharam o mesmo estado quântico, pelo menos ao longo de vários milissegundos, após o qual os átomos e moléculas começam a decair, não mais oscilando juntos.
Com essa técnica, você pode direcionar as moléculas para um estado idêntico.
disse Chin.
Os pesquisadores descobriram que, embora o resultado final da reação fosse uma molécula de dois átomos, três átomos estavam realmente envolvidos, com um átomo sobressalente interagindo com os dois átomos de ligação de uma forma que facilitava a reação.
Isso pode ser útil para aplicações em química quântica e computação quântica, já que moléculas no mesmo estado quântico compartilham propriedades físicas e químicas. Os experimentos fazem parte do campo da química ultrafria, que visa obter um controle incrivelmente detalhado sobre as reações químicas, aproveitando as interações quânticas que ocorrem nesses estados frios. Partículas ultrafrias podem ser usadas como qubits, ou os bits quânticos que carregam informações na computação quântica, por exemplo.
O estudo usou apenas moléculas simples, então o próximo objetivo é tentar criar superquímica quântica com moléculas mais complexas.
Até onde podemos empurrar nossa compreensão e nosso conhecimento da engenharia quântica para moléculas mais complicadas é uma grande direção de pesquisa nesta comunidade científica.
disse Chin
Fonte: Nature Physics / Universidade de Chicago
