A reação química mais fria do universo conhecido ocorreu no que parece ser uma confusão caótica de lasers. A aparência engana:nas profundezas desse caos meticulosamente organizado, em temperaturas milhões de vezes mais frias do que o espaço interestelar, Kang-Kuen Ni alcançou um feito de precisão. Forçando duas moléculas ultrafrias a se encontrarem e reagirem, ela quebrou e formou as ligações mais frias da história dos acoplamentos moleculares.

"Provavelmente nos próximos anos, somos o único laboratório que pode fazer isso, "disse Ming-Guang Hu, um pós-doutorado no laboratório Ni e o primeiro autor de seu artigo publicado hoje em Ciência . Cinco anos atrás, Ni, o Morris Kahn Professor Associado de Química e Biologia Química e um pioneiro da química ultracold, decidiu construir um novo aparelho que pudesse atingir as reações químicas de temperatura mais baixa de qualquer tecnologia disponível atualmente. Mas eles não tinham certeza de que sua complexa engenharia funcionaria.

Agora, eles não apenas realizaram a reação mais fria ainda, eles descobriram que seu novo aparato pode fazer algo que mesmo eles não previram. Em um frio tão intenso - 500 nanokelvin ou apenas alguns milionésimos de grau acima do zero absoluto - suas moléculas desaceleraram a velocidades glaciais, Ni e sua equipe puderam ver algo que ninguém foi capaz de ver antes:o momento em que duas moléculas se encontram para formar duas novas moléculas. Em essência, eles capturaram uma reação química em seu ato mais crítico e evasivo.

As reações químicas são responsáveis ​​por literalmente tudo:respiração, cozinhando, digerindo, criando energia, farmacêuticos, e produtos domésticos como sabonete. Então, entender como eles funcionam em um nível fundamental pode ajudar os pesquisadores a projetar combinações que o mundo nunca viu. Com um número quase infinito de novas combinações possíveis, essas novas moléculas poderiam ter aplicações infinitas, desde a produção de energia mais eficiente até novos materiais, como paredes à prova de mofo e blocos de construção ainda melhores para computadores quânticos.

Em seu trabalho anterior, Ni usou temperaturas cada vez mais frias para fazer essa mágica química:forjar moléculas a partir de átomos que, de outra forma, nunca reagiriam. Resfriado a tais extremos, átomos e moléculas desaceleram a um rastreamento quântico, seu estado de energia mais baixo possível. Lá, O Ni pode manipular as interações moleculares com a maior precisão. Mas mesmo ela só podia ver o início de suas reações:duas moléculas entram, mas e daí? O que aconteceu no meio e no fim foi um buraco negro que apenas as teorias poderiam tentar explicar.

As reações químicas ocorrem em apenas milionésimos de bilionésimo de segundo, mais conhecido no mundo científico como femtossegundos. Mesmo a tecnologia mais sofisticada de hoje não consegue capturar algo de vida tão curta, embora alguns cheguem perto. Nos últimos vinte anos, cientistas usaram lasers ultrarrápidos como câmeras de ação rápida, capturando imagens rápidas das reações à medida que ocorrem. Mas eles não podem capturar a imagem inteira. "A maior parte do tempo, "Ni disse, "você apenas vê que os reagentes desaparecem e os produtos aparecem em um tempo que você pode medir. Não havia medição direta do que realmente aconteceu nessas reações químicas." Até agora.

As temperaturas ultracold de Ni forçam reações a uma velocidade comparativamente entorpecida. "Porque [as moléculas] são tão frias, "Ni disse, "agora temos um efeito de gargalo." Quando ela e sua equipe reagiram com duas moléculas de potássio-rubídio - escolhidas por sua flexibilidade - as temperaturas ultrafrias forçaram as moléculas a permanecer no estágio intermediário por microssegundos. Microssegundos - meros milionésimos de segundo - podem parecer curtos, mas isso é milhões de vezes mais longo do que o normal e o suficiente para Ni e sua equipe investigarem a fase em que os laços se rompem e se formam, em essência, como uma molécula se transforma em outra.

Com esta visão íntima, Ni disse que ela e sua equipe podem testar teorias que predizem o que acontece no buraco negro de uma reação para confirmar se eles acertaram. Então, sua equipe pode criar novas teorias, usando dados reais para prever com mais precisão o que acontece durante outras reações químicas, mesmo aqueles que ocorrem no misterioso reino quântico.

Já, a equipe está explorando o que mais eles podem aprender em sua bancada de teste ultracold. Próximo, por exemplo, eles poderiam manipular os reagentes, excitá-los antes que reajam para ver como sua energia intensificada afeta o resultado. Ou, eles podem até influenciar a reação conforme ela ocorre, cutucando uma molécula ou outra. "Com nossa controlabilidade, esta janela de tempo é longa o suficiente, podemos sondar, "Disse Hu." Agora, com este aparelho, podemos pensar sobre isso. Sem esta técnica, sem este papel, não podemos nem pensar sobre isso. "