Líderes no campo da pesquisa de moléculas ultracold das universidades de Columbia e Harvard estão se unindo para impulsionar a compreensão da mecânica quântica das reações químicas.

A parceria resultará no desenvolvimento de novos, técnicas mais precisas que irão expandir o campo da química ultracold para uma gama atualmente inatingível de espécies moleculares e reações, permitindo novas gerações de experimentos em física fundamental.

"Estamos muito entusiasmados com esta colaboração porque estamos combinando duas direções de pesquisa que têm sido desenvolvidas separadamente e agora podem ser reunidas para desenvolver um novo conjunto de ferramentas para físicos e químicos, "disse Tanya Zelevinsky, um professor associado de Atomic, Física Molecular e Óptica e pesquisador principal do Laboratório Z da Universidade de Columbia.

Os últimos anos trouxeram o avanço das tecnologias quânticas, incluindo capacidades de resfriamento a laser, que permitiram o estudo de átomos em microkelvin, ou quase zero, temperaturas. Neste estado, os cientistas são capazes de manipular e estudar a influência das estatísticas quânticas, geometria confinante, e campos magnéticos - características não clássicas que são inacessíveis em configurações de temperatura ambiente - no comportamento de um átomo.

Experimentalistas sabem há anos que medições ultrassensíveis feitas em átomos ou moléculas ultracoldadas podem revelar alguns dos segredos da natureza agora ocultos, como se as "constantes da natureza" são realmente constantes ou estão mudando com o tempo.

Os cientistas têm tido sucesso no uso de resfriamento a laser para estudar muitos tipos de átomos, no entanto, átomos de interesse químico mais significativo para os pesquisadores, como o hidrogênio, oxigênio, e nitrogênio, não possuem as propriedades necessárias para o resfriamento direto. Técnicas inteiramente novas são necessárias para explorar a química ultracold que envolve essas espécies.

Em um esforço para superar este desafio, os pesquisadores estão começando a se concentrar na criação de moléculas ultracold contendo esses átomos-alvo. Desenvolver e aplicar essas técnicas é o objetivo de um novo projeto financiado pela Fundação W. M. Keck.

Investigador principal Zelevinsky e co-pesquisador John Doyle, em Harvard, receberam uma doação de US $ 1 milhão ao longo de três anos para levar seu trabalho ao próximo nível, desenvolvendo uma instalação experimental que abrirá o campo da química ultracold para uma gama muito mais ampla de espécies e reações atômicas e moleculares.

Para enfrentar o desafio de resfriamento da molécula, os pesquisadores estão abordando o problema de um ângulo novo. Zelevinsky explicou que a ligação de certos átomos de metal, como o cálcio, permite que algumas moléculas sejam resfriadas por luz laser.

O plano da equipe é criar uma série de moléculas com este acessório de metal, aplique luz laser para resfriar as moléculas a temperaturas inatingíveis até o momento, e então usar luz laser adicional para cortar o átomo de metal em um processo chamado fotodissociação. Esta técnica permitirá a manipulação do movimento e ligações químicas de moléculas mais complexas para criar uma variedade de espécies de moléculas ultracold que são altamente desejáveis, mas até agora inacessível, para pesquisadores, empurrando assim o campo para um novo território.

O potencial do projeto é incomensurável.

"Há tantas coisas que essas moléculas nos ajudarão a entender, "Zelevinsky disse, acrescentando que estudar reações químicas envolvendo moléculas poliatômicas em temperaturas ultracold abrirá novos caminhos para testar a compreensão atual das simetrias e leis fundamentais da natureza, incluindo coisas sobre o nosso universo que os cientistas ainda não podem explicar, como desequilíbrio matéria-antimatéria, energia escura, e ambientes interestelares. A pesquisa também fornecerá moléculas para experimentos de mesa que tradicionalmente exigem aceleradores de vários bilhões de dólares para serem conduzidos.

"É realmente um grande ganho ser capaz de fazer esse tipo de física sem gastar bilhões em um acelerador, "ela disse." Fazer química no regime fundamental dá um senso de beleza com o qual as pessoas podem se identificar. Quando a física quântica em átomos estava sendo elaborada pela primeira vez, ninguém poderia imaginar as muitas maneiras como seria usado em nossa vida cotidiana hoje. Moléculas - elas podem vibrar e girar, e são mais ricos do que os átomos. Haverá muitos, muitos outros aplicativos que não podemos sequer imaginar agora. "