Os experimentos de colisão fornecem os meios para uma compreensão detalhada das interações moleculares no nível de partícula individual. Físicos teóricos e experimentais do Instituto de Moléculas e Materiais publicaram um artigo em Ciência em que eles caracterizam totalmente as colisões moleculares em temperaturas próximas do zero absoluto.

"Ele revela as leis fundamentais da mecânica quântica que governam o funcionamento interno das colisões moleculares, "dizem os pesquisadores Tim de Jongh e Matthieu Besemer.

Em baixas temperaturas, as regras da mecânica quântica ditam que as moléculas se comportam como ondas. Em tais casos, uma colisão molecular é mais semelhante a uma onda de água batendo em uma rocha do que a uma colisão entre bolas de bilhar. Uma consequência desse comportamento ondulatório das moléculas em uma colisão é a ocorrência de ressonâncias. Em energias de colisão específicas, as moléculas em colisão formam um complexo de longa duração, uma chamada ressonância, antes que eles se separem. Nessas energias específicas, o comportamento de espalhamento difere fortemente daquele em energias próximas, uma vez que as moléculas permanecem juntas por mais tempo e as interações entre elas têm um efeito muito mais forte no resultado da colisão.

As interações entre as moléculas podem ser expressas quantitativamente na forma de um "potencial de interação". A mecânica quântica oferece a possibilidade de obter tais potenciais de interação a partir de cálculos avançados "ab initio" e, subseqüentemente, para usá-los em cálculos de "espalhamento quântico" que prevêem o resultado de experimentos de colisão. Quando os resultados concordam com os dados experimentais, confirma-se que os cálculos ab initio são precisos. Colaborações anteriores entre o grupo experimental do Prof. Bas van de Meerakker e o grupo teórico do Prof. Gerrit Groenenboom demonstraram que esta é uma ferramenta muito útil para obter uma compreensão detalhada e precisa das interações entre as moléculas.

Colisões de baixa energia

Nos experimentos descritos no artigo da Science, os pesquisadores foram capazes de detectar ressonâncias em colisões em temperaturas um pouco acima do zero absoluto. "Nessas temperaturas extremamente baixas, o detalhe em que podemos observar a interação entre as moléculas é bastante reforçado devido à presença de ressonâncias e podemos usar isso para testar com sensibilidade os cálculos ab initio, "Tim de Jongh, Ph.D. pesquisador do grupo de Espectroscopia de Moléculas Frias de Bas van de Meerakker, explica.

Contudo, os resultados experimentais não coincidiram com os resultados calculados teoricamente. "Os potenciais de interação calculados com o método que geralmente é conhecido como o 'padrão-ouro' foram suficientemente precisos para reproduzir todos os dados experimentais anteriores. Mas, para essas medições, tivemos que estender o cálculo do potencial de interação além da teoria padrão, "Matthieu Besemer, Ph.D. pesquisador do Grupo Teórico de Química de Gerrit Groenenboom, esclarece. Os desafios decorrem da dificuldade em descrever com precisão as interações entre o grande número de elétrons que estão presentes no complexo molecular. Usando cálculos ab initio além do 'padrão dourado, “foi obtida concordância entre experimento e teoria.” A sinergia entre as duas disciplinas e grupos nos permitiu obter concordância, e para aumentar nossa compreensão de como a mecânica quântica governa as interações moleculares, "Besemer e De Jongh acrescentam.

Het Controlando Colisões

Os pesquisadores demonstraram que, ao reduzir as interações às suas formas mais elementares, os menores efeitos podem ser observados. "Nessas baixas temperaturas, as interações moleculares tornam-se suscetíveis a influências externas, como campos elétricos. Em última análise, isso significa que seremos capazes de ajustar e até controlar as colisões usando campos externos. "Isso cria a perspectiva de não apenas sondar as colisões moleculares com o maior detalhe possível, mas também de manipular as colisões com o maior grau de controle.