Em uma primeira vez para a física quântica, Os pesquisadores da Universidade de Otago "mantiveram" átomos individuais no lugar e observaram interações atômicas complexas antes invisíveis.

Uma miríade de equipamentos, incluindo lasers, espelhos, uma câmara de vácuo, e microscópios montados no Departamento de Física de Otago, mais muito tempo, energia, e experiência, forneceram os ingredientes para investigar este processo quântico, que até agora só era compreendido por meio de médias estatísticas de experimentos envolvendo um grande número de átomos.

O experimento melhora o conhecimento atual, oferecendo uma visão nunca antes vista do mundo microscópico, surpreendendo os pesquisadores com os resultados.

"Nosso método envolve a captura e resfriamento individual de três átomos a uma temperatura de cerca de um milionésimo de Kelvin usando feixes de laser altamente focados em uma câmara hiper-evacuada (vácuo), do tamanho de uma torradeira. Nós lentamente combinamos as armadilhas contendo os átomos para produzir interações controladas que medimos, "diz o professor associado Mikkel F. Andersen, do Departamento de Física de Otago.

Quando os três átomos se aproximam, dois formam uma molécula, e todos recebem um chute com a energia liberada no processo. Uma câmera de microscópio permite que o processo seja ampliado e visualizado.

"Dois átomos sozinhos não podem formar uma molécula, são necessários pelo menos três para fazer química. Nosso trabalho é a primeira vez que este processo básico foi estudado isoladamente, e descobriu-se que deu vários resultados surpreendentes que não eram esperados de medições anteriores em grandes nuvens de átomos, "diz o pesquisador de pós-doutorado Marvin Weyland, que liderou o experimento.

Por exemplo, os pesquisadores foram capazes de ver o resultado exato de processos individuais, e observou um novo processo onde dois dos átomos deixam o experimento juntos. Até agora, este nível de detalhe foi impossível de observar em experimentos com muitos átomos.

"Trabalhando neste nível molecular, agora sabemos mais sobre como os átomos colidem e reagem uns com os outros. Com o desenvolvimento, esta técnica pode fornecer uma maneira de construir e controlar moléculas únicas de produtos químicos específicos, "Weyland acrescenta.

O professor associado Andersen admite que a técnica e o nível de detalhe podem ser difíceis de compreender para quem está fora do mundo da física quântica, no entanto, ele acredita que as aplicações desta ciência serão úteis no desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas que podem impactar a sociedade tanto quanto as tecnologias quânticas anteriores que possibilitaram os computadores modernos e a Internet.

"A pesquisa sobre a capacidade de construir em uma escala cada vez menor impulsionou grande parte do desenvolvimento tecnológico nas últimas décadas. Por exemplo, é a única razão pela qual os celulares de hoje têm mais poder de computação do que os supercomputadores da década de 1980. Nossa pesquisa tenta pavimentar o caminho para ser capaz de construir na menor escala possível, ou seja, a escala atômica, e estou entusiasmado em ver como nossas descobertas influenciarão os avanços tecnológicos no futuro, "O professor associado Andersen diz.

Os resultados do experimento mostraram que demorou muito mais do que o esperado para formar uma molécula em comparação com outros experimentos e cálculos teóricos, que atualmente são insuficientes para explicar esse fenômeno. Embora os pesquisadores sugiram mecanismos que podem explicar a discrepância, eles destacam a necessidade de mais desenvolvimentos teóricos nesta área da mecânica quântica experimental.