Diagrama de energia molecular e configuração experimental. (A) Uma armadilha dipolo óptica formada por um feixe focalizado de luz de 1064 nm (I) cruza o MOT e é refletido para fora da janela reentrante (III) em um ângulo para evitar a formação de uma rede. Uma objetiva de microscópio (IV) é colocada dentro de um compartimento reentrante entre as bobinas MOT (II). A fluorescência das moléculas (VI) é coletada através da objetiva e fotografada em uma câmera. As armadilhas de pinça óptica são geradas usando um AOD (VII) e são combinadas no caminho de imagem usando um espelho dicróico (V). (B) Estrutura do nível de CaF dos estados relevantes usados no processo de resfriamento Λ. O resfriamento é operado em uma desafinação Δ =2π × 25 MHz. Crédito: Ciência (2019). DOI:10.1126 / science.aax1265
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts descobriu que poderia usar uma pinça óptica de moléculas resfriadas a laser para observar colisões de estado fundamental entre moléculas individuais. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo descreve seu trabalho com moléculas de monofluoreto de cálcio resfriadas presas por pinças ópticas, e o que aprenderam com seus experimentos. Svetlana Kotochigova, com a Temple University, publicou um artigo de Perspectiva na mesma edição do periódico descrevendo o trabalho - ela também dá uma visão geral do trabalho sendo feito com arranjos de pinças ópticas para entender melhor as moléculas em geral.
Como nota Kotochigova, o desenvolvimento de pinças ópticas na década de 1970 levou a uma ciência inovadora porque permite estudar átomos e moléculas em um nível de detalhe sem precedentes. Seu trabalho envolve o uso de luz laser para criar uma força que pode manter objetos extremamente minúsculos no lugar enquanto estão sendo estudados. Em tempos mais recentes, pinças ópticas cresceram em sofisticação - elas agora podem ser usadas para manipular matrizes de moléculas, o que permite aos pesquisadores ver o que acontece quando eles interagem sob condições muito controladas. Como observam os pesquisadores, tais arranjos são tipicamente resfriados para manter sua atividade no mínimo enquanto as moléculas estão sendo estudadas. Neste novo esforço, os pesquisadores optaram por estudar matrizes de moléculas de monofluoreto de cálcio resfriadas porque elas têm o que a equipe descreve como fatores de Franck-Condon quase diagonais, o que significa que eles podem ser eletronicamente excitados com o disparo de um laser neles, e então reverter para um estado inicial após a emissão.
Em seu trabalho, os pesquisadores criaram arranjos de pinças difratando um único feixe em muitos feixes menores, cada um dos quais pode ser reorganizado para se adequar aos seus propósitos em tempo real. No estado inicial, um número desconhecido de moléculas ficou preso na matriz. A equipe então usou luz para forçar colisões entre as moléculas, empurrando alguns deles para fora da matriz até que eles tivessem o número desejado em cada pinça. Eles relatam que, nos casos em que havia apenas duas moléculas presentes, eles foram capazes de observar colisões ultracold naturais - permitindo uma visão clara da ação.
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