p Os átomos de hélio são solitários. Somente se forem resfriados a uma temperatura extremamente baixa, eles formam uma molécula de ligação muito fraca. Ao fazê-lo, eles podem manter uma distância tremenda um do outro graças ao efeito túnel da mecânica quântica. Como os físicos atômicos em Frankfurt já puderam confirmar, mais de 75 por cento do tempo eles estão tão distantes um do outro que sua ligação pode ser explicada apenas pelo efeito túnel da mecânica quântica. p A energia de ligação na molécula de hélio equivale a apenas cerca de um bilionésimo da energia de ligação nas moléculas do dia-a-dia, como oxigênio ou nitrogênio. Além disso, a molécula é tão grande que pequenos vírus ou partículas de fuligem podem voar entre os átomos. Isto é devido, os físicos explicam, ao "efeito túnel" da mecânica quântica. Eles usam um poço de potencial para ilustrar a ligação em uma molécula convencional. Os átomos não podem se afastar mais uns dos outros do que as "paredes" deste poço. Contudo, na mecânica quântica, os átomos podem se infiltrar nas paredes. “É como se duas pessoas cada uma cavasse um túnel do seu lado sem saída”, explica o professor Reinhard Dörner do Instituto de Física Nuclear da Goethe University Frankfurt.

p O grupo de pesquisa de Dörner produziu essa molécula de hélio em laboratório e a estudou com a ajuda do microscópio de reação COLTRIMS desenvolvido na Universidade. Os pesquisadores conseguiram determinar a força da ligação com um nível de precisão não alcançado anteriormente e mediram a distância entre os dois átomos na molécula. "A molécula de hélio é uma espécie de pedra de toque para as teorias da mecânica quântica, como o valor da energia de ligação teoricamente previsto é fortemente dependente de quão precisamente todos os efeitos físicos e quânticos foram levados em consideração ", explica Dörner.

p Até a teoria da relatividade, que de outra forma é principalmente necessário para cálculos astronômicos, teve que ser incorporado aqui. "Mesmo que apenas um pequeno erro ocorra, os cálculos produzem grandes desvios ou mesmo indicam que uma molécula de hélio não pode existir ", diz Dörner. As medições de precisão realizadas por seu grupo de pesquisa servirão de referência para experimentos futuros.

p Dois anos passados ​​a fazer medições na adega

p O grupo de pesquisa de Dörner começou a investigar a molécula de hélio em 2009, quando a Fundação de Pesquisa Alemã lhe concedeu um Projeto Reinhart Koselleck e um financiamento de € 1,25 milhão. “Este tipo de financiamento é capital de risco, por assim dizer, com a qual a Fundação Alemã de Pesquisa apóia experimentos com um longo tempo de espera ", explica Dörner. Ele foi então capaz de projetar e configurar os primeiros experimentos com seu grupo. Os resultados iniciais foram alcançados pelo Dr. Jörg Voigtsberger no âmbito de sua tese de doutorado. "Na busca por átomos que 'vivem no túnel', Jörg Voigtsberger passou dois anos de sua vida na adega ", lembra o Dr. Till Jahnke, palestrante sênior e supervisor de Voigtberger na época. Está aí, na adega, que o laboratório de laser do grupo de física atômica está instalado.

p Stefan Zeller, o próximo pesquisador de doutorado, melhorou consideravelmente o equipamento com a ajuda do Dr. Maksim Kunitski e aumentou ainda mais a precisão da medição. Para fazer isso, uma de suas tarefas era atirar na molécula de hélio muito fracamente ligada com FLASH, o laser de elétrons livres no centro de pesquisa DESY em Hamburgo e o maior "cânone de fótons" na Alemanha. "O trabalho de Stefan Zeller foi notável. Foi o seu esforço incansável, suas excelentes habilidades de pesquisa experimental e sua habilidade de não ser desanimado por contratempos temporários que tornaram nosso sucesso possível ", comenta o professor Dörner, Orientador de doutorado de Zeller.

p Já de antemão os resultados atraíram considerável interesse a nível nacional e internacional. Eles agora aparecerão no renomado jornal Anais da Academia Nacional de Ciências ( PNAS ) e também fazem parte dos trabalhos de investigação para os quais o grupo foi galardoado com o Prémio Helmholtz 2016.