Os minúsculos "skimmers" em forma de cone usados ​​em experimentos em busca de fenômenos químicos quânticos exóticos se assemelham aos mecanismos de admissão de motores de aeronaves, e eles desempenham funções semelhantes:cada um direciona o fluxo de gás - a entrada do motor controla o fornecimento de ar para queimar o combustível, e o "skimmer" cria feixes de átomos ou moléculas voadores frios. Embora os skimmers tenham sido um componente necessário em experimentos de feixe atômico e molecular por décadas, eles também eram conhecidos por impor um limite fundamental ao número de partículas que alguém poderia colocar no feixe. Contudo, O Prof. Edvardas Narevicius e sua equipe do Departamento de Física Química do Instituto Weizmann de Ciências revelaram agora uma maneira simples de superar esse limite.

Experimentos de feixe de frio são conduzidos em laboratórios em todo o mundo para observar átomos e moléculas se comportando de maneira quântica - como, por exemplo, ondas que interferem umas nas outras. Adicionando vigas, como Narevicius e seu grupo fazem em seu laboratório, cria reações químicas novas e interessantes.

Narevicius explica que o resfriamento extremo necessário para tais experimentos - perto do zero absoluto - é realizado pela pulverização de um gás de átomos ou moléculas através de um pequeno bico em uma câmara de vácuo, de alta pressão a quase nenhuma. Os átomos do experimento se espalharam, formando uma nuvem muito fria de átomos que se movem muito rápido. Skimmers são usados ​​para direcionar alguns desses átomos em um feixe. "Alguém poderia pensar, "diz Narevicius, "que se o gás no canister estiver em uma pressão mais alta, e, assim, libera mais átomos de uma vez na câmara de vácuo, o feixe resultante teria uma densidade maior. Mas esse não é o caso. Acima de uma certa pressão, a densidade se estabiliza. Os pesquisadores não sabem como superar esse limite, colocando muitos experimentos interessantes fora do alcance. "

"Este foi um problema perfeito para o meu aluno, Yair Segev, "acrescenta Narevicius. Segev veio para o Instituto Weizmann com experiência em tecnologia aeroespacial e física. Começando com um algoritmo usado por engenheiros aeroespaciais para modelar fluxos altos na atmosfera, ele criou simulações do fluxo de partículas nos skimmers. Essas simulações revelaram a existência de ondas de choque dentro dos cones do skimmer, que bloqueou o fluxo subsequente de partículas no feixe. Este fenômeno emerge das interações entre as partículas do feixe e o cone:as partículas ricocheteiam no skimmer em altas velocidades, colidindo e interrompendo o fluxo do feixe. As altas velocidades refletidas resultam do "calor" (isto é, temperatura ambiente) superfície do skimmer, então Segev tentou a simulação com skimmers resfriados. Os resultados mostraram uma redução significativa nas ondas de choque, bem como feixes muito mais densos atrás deles.

Em seguida, a equipe realizou experimentos com vários feixes moleculares, resfriando seus skimmers a temperaturas progressivamente mais baixas. A realização dos testes com neon e outros tipos de plasma fluorescente permitiu que observassem claramente os resultados coloridos. Os pesquisadores descobriram que a forma das ondas de choque mudou significativamente e a densidade dos feixes de fato aumentou com o resfriamento do skimmer, pico quando a temperatura estava abaixo de algumas dezenas de graus acima do zero absoluto - frio o suficiente para congelar os átomos até a ponta do cone e, assim, permitir que o resto flua "sem sentir qualquer perturbação do skimmer, "diz Narevicius.

"As ondas de choque dentro e ao redor dos skimmers são semelhantes às que uma espaçonave experimenta quando cruza a fronteira entre o vácuo do espaço e a atmosfera superior, "diz Segev." Em ambos os casos, suprimir o calor transferido entre a superfície e o gás pode mudar drasticamente a forma do fluxo. Na espaçonave, queremos evitar que a atmosfera aqueça o casco, enquanto em nossos experimentos queremos evitar que o skimmer aqueça nossos raios frios. "