Ao investigar átomos, os cientistas enfrentam um desafio:em temperatura ambiente, átomos individuais em um gás têm energia cinética, e voar em grandes velocidades. A temperatura é, em essência, o movimento relativo entre os átomos; portanto, o objetivo de fazer com que os átomos tenham velocidades relativas pequenas envolve congelá-los a temperaturas extremamente frias. Um grupo do Instituto de Ciência Weizmann desenvolveu agora um novo método universal para o resfriamento de íons.

Íons, átomos com cargas elétricas, são resfriados hoje em armadilhas usando campos elétricos e magnéticos e depois resfriados com lasers. O novo método, desenvolvido pelos cientistas da equipe Dr. Oded Heber e Dr. Michael Rappaport, e os pós-doutorandos Dr. Reetesh Kumar Gangwar e Dr. Koushik Saha, no laboratório do Prof. Daniel Zajfman do Departamento de Física e Astrofísica de Partículas do Instituto de Ciência Weizmann, não requer lasers.

No passado, O professor Zajfman e seu grupo criaram uma versão aprimorada de uma armadilha de íons chamada armadilha de feixe de íons eletrostática - um aparelho para armazenar íons que era muito menor do que os anéis de armazenamento de íons padrão, que tendem a ser muito grandes e caros. Em uma armadilha eletrostática, moléculas iônicas oscilam enquanto voam a velocidades de até 10, 000 km / h - e esses esfriam internamente dentro da armadilha. Sistemas como este podem recriar em laboratório a esparsa matéria que existe no espaço interestelar.

Quando grupos de íons estão oscilando na armadilha nessas altas velocidades, existe uma distribuição natural de frequências. Nesta fase, os cientistas têm um método em que "voltagem de impulso periódico variável" é aplicada para separar os íons mais frios nessa distribuição, acelerando apenas estes. Continuando a aplicar tensões, os pesquisadores podem acabar ficando com os íons mais frios. "Este processo, "diz Heber, "não é tanto resfriar quanto 'filtrar' ou classificar os íons de acordo com as temperaturas que eles alcançaram."

Em experimentos recentes, Contudo, o grupo ajustou a armadilha para que a densidade dos íons na armadilha do feixe de íons eletrostático possa ser aumentada 1, 000 vezes nas bordas. O aumento da densidade aumenta naturalmente a incidência de colisões entre os íons no feixe, e o resultado é que a energia é compartilhada entre os íons. Os cientistas descobriram que havia uma correlação aprimorada entre a posição de um íon dentro do grupo e seu nível de energia cinética. Os íons mais frios estavam no centro. De fato, a energia - ou temperatura - foi transferida para os íons nas bordas, produzindo íons mais extremamente frios no grupo acelerado. "Este processo surpreendente, "diz Heber, "já passa no teste de resfriamento genuíno."

Em um artigo publicado recentemente em Cartas de revisão física , o grupo descreve uma série de experimentos em que os íons atingiram temperaturas de cerca de um décimo de grau acima do zero absoluto. Os pesquisadores estão atualmente conduzindo mais experimentos para ajustar o sistema e reduzir ainda mais as temperaturas dos íons.

Heber diz que o novo método é significativo porque o processo de resfriamento não depende do tipo ou do peso do íon. Assim, pode ser usado, por exemplo, para investigar as propriedades de grandes moléculas biológicas ou nanopartículas.