A ciência está prestes a dar um "salto quântico" à medida que mais mistérios de como os átomos se comportam e interagem uns com os outros são revelados.

O campo da física quântica, com suas equações matemáticas complexas para prever as interações e os níveis de energia de átomos e elétrons, já tornou possível muitas tecnologias com as quais contamos todos os dias - de computadores e smartphones, a lasers e imagens de ressonância magnética. E especialistas dizem que avanços revolucionários estão destinados a acontecer.

Mas para dar um salto gigante, você tem que estar fisicamente apto, e pesquisadores da Universidade de Delaware descobriram uma área da física quântica que poderia usar um pouco mais de calistenia, pode-se dizer. A pesquisa, realizada pelo estudante de doutorado Muhammed Shahbaz com seu orientador, Prof. Krzysztof Szalewicz no Departamento de Física e Astronomia da UD, foi publicado recentemente em Cartas de revisão física , o jornal da American Physical Society.

Assim como as pessoas, átomos podem ser atraídos uns pelos outros, ou, Nós vamos, ser repelido. Considere o argônio - o terceiro gás mais abundante na atmosfera da Terra. Este gás não reativo tem uma variedade de usos, desde a proteção de documentos históricos até a prevenção da corrosão do filamento de tungstênio em lâmpadas fluorescentes. Quando dois átomos de argônio estão distantes um do outro, eles serão atraídos um pelo outro até atingirem cerca de 3,5 angstroms e então se repelirão. É como se, depois de darem uma boa olhada um no outro, eles estão prontos para seguir em frente.

Mas não é isso que os físicos descobriram cerca de duas décadas atrás, quando testaram a teoria do funcional da densidade (DFT), que agora é amplamente usado para modelar e prever a estrutura eletrônica dos átomos. A maioria das versões do DFT previa nenhuma atração ou apenas uma atração muito fraca. Onde está o fracasso? A atração entre átomos de argônio se origina de "interações de dispersão" entre elétrons, como os movimentos dos elétrons de um átomo influenciam os movimentos dos elétrons de seu parceiro. O DFT não pode explicar com precisão esses movimentos correlacionados em longo alcance.

E isso é um problema, especialmente em um campo como ciência de materiais, onde os físicos podem projetar e prever as propriedades de um novo material - de sua força a seu magnetismo e sua capacidade de conduzir calor - sem nunca entrar em um laboratório para fazer um experimento.

Assim, os físicos começaram a desenvolver "fatores fudge" no início dos anos 2000 para explicar essa energia de dispersão. Alguns desses métodos deram resultados razoavelmente bons e se tornaram uma ferramenta extremamente popular em física computacional, química e ciência dos materiais. Os artigos científicos que propõem tais métodos foram citados dezenas de milhares de vezes.

O que Shahbaz e Szalewicz mostraram, depois de mais de um ano de análises intensas, é que todos esses métodos falsificados são, na verdade, baseados em uma suposição incorreta. DFT pode descrever como o movimento de um elétron afeta, e é afetado por, o movimento de outro elétron quando a distância entre eles é da ordem de um angstrom. Em separações acima de um angstrom a cerca de sete angstrom, os métodos de correção assumem que o DFT recupera uma fração desses efeitos. Shahbaz e Szalewicz descobriram que essa quantidade não tem as propriedades características de energia de dispersão e, na verdade, se origina de erros na teoria que não estão relacionados à dispersão. Assim, os pesquisadores dizem, os métodos de correção podem obter bons resultados, mas pelas razões erradas.

"Estamos dizendo à comunidade da física que você tem que ir mais longe, em direção a um método universal de previsão que funciona pelas razões certas, "Shahbaz diz." Não estamos aqui para criticar, mas para ajudar a melhorar, "acrescenta humildemente.

Atualmente, Szalewicz e Shahbaz fazem parte de uma equipe de teóricos e experimentalistas de universidades dos Estados Unidos que usam a física quântica para prever as estruturas e energias dos cristais, a matéria de quais flocos de neve, gelo, a maioria das rochas e minerais, alguns plásticos, farmacêuticos, material energético e outros produtos são feitos. Seus cálculos complexos prevêem, por exemplo, quanta energia pode ser acumulada em um determinado volume de combustível de foguete.

Shahbaz, quem é o primeiro autor do artigo de jornal, diz que nunca teria imaginado, quando criança em sua pequena aldeia no Paquistão, que um dia se tornaria professor de física. Ele cresceu ajudando seu pai, quem é fazendeiro, crescer junco, arroz, chilis, tomates, beringelas, rabanetes e quiabo. Agora ele é o primeiro em sua família a receber um diploma universitário - sem mencionar o diploma acadêmico mais alto, que agora está à vista.

Quando ele estava se inscrevendo para a pós-graduação, ele recebeu ofertas de universidades nos EUA e Canadá, mas diz que finalmente decidiu pela UD por causa da reputação da universidade e da flexibilidade de trabalhar primeiro em um mestrado. Ele diz que isso o ajudou a decidir no que ele realmente queria focar sua pesquisa.

Quando ele terminar seu doutorado nos próximos meses, ele já tem um trabalho alinhado, como professor assistente de física na Universidade do Punjab em Lahore, onde ele está destinado a enganar os alunos sobre como a luz e a gravidade funcionam, assim como ele foi cativado quando jovem.

Então, por que ele gosta tanto de física? "A física fala sobre as leis da natureza, "Shahbaz diz." Também exige raciocínio. Você não precisa memorizar nada - apenas absorva a vida. "