Em uma famosa parábola, três cegos encontram um elefante pela primeira vez. Cada um toca uma parte - o tronco, orelha, ou lado - e conclui que a criatura é uma cobra grossa, fã, ou parede. Este elefante, disse Kang-Kuen Ni, é como o mundo quântico. Os cientistas só podem explorar uma célula deste vasto, criatura desconhecida de cada vez. Agora, Ni revelou mais alguns para explorar.

Tudo começou em dezembro passado, quando ela e sua equipe concluíram um novo aparelho que poderia atingir as reações químicas de temperatura mais baixa de qualquer tecnologia disponível atualmente e, em seguida, quebrou e formou as ligações mais frias da história do acoplamento molecular. Mas suas reações ultracold também retardaram inesperadamente a reação para uma velocidade lenta, dando aos pesquisadores um vislumbre em tempo real do que acontece durante uma transformação química. Agora, embora as reações sejam consideradas muito rápidas para medir, Ni não apenas determinou a vida útil dessa reação, ela resolveu um mistério ultracold no processo.

Com química ultracold, Ni, o professor associado Morris Kahn de química e biologia química e de física, e sua equipe resfriou duas moléculas de potássio-rubídio até um pouco acima do zero absoluto e encontrou o "intermediário, "o espaço onde os reagentes se transformam em produtos, viveu por cerca de 360 ​​nanossegundos (ainda bilionésimos de segundo, mas o suficiente). "Não é o reagente. Não é o produto. É algo intermediário, "Ni disse. Vendo aquela transformação, como tocar na lateral de um elefante, pode contar a ela algo novo sobre como as moléculas, a base de tudo, trabalhar.

Mas eles não apenas assistiram.

"Essa coisa vive tanto que agora podemos brincar com ela ... com luz, "disse Yu Liu, um estudante de graduação na Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências e o primeiro autor em seu estudo publicado em Física da Natureza . "Complexos típicos, como aqueles em uma reação à temperatura ambiente, você não seria capaz de fazer muito porque eles se dissociam em produtos muito rapidamente. "

Como os raios tratores de Star Trek, lasers podem capturar e manipular moléculas. Na física ultracold, este é o método ideal para capturar e controlar átomos, observe-os em seu estado fundamental quântico ou force-os a reagir. Mas quando os cientistas deixaram de manipular átomos para mexer com moléculas, algo estranho aconteceu:as moléculas começaram a desaparecer de vista.

"Eles prepararam essas moléculas, na esperança de realizar muitas das aplicações que eles prometem - construir computadores quânticos, por exemplo, mas em vez disso, o que eles vêem é perda, "Liu disse.

Átomos alcalinos, como o potássio e rubídio Ni e seu estudo de equipe, são fáceis de esfriar no reino ultracold. Em 1997, cientistas ganharam um Prêmio Nobel de Física por resfriar e capturar átomos alcalinos em luz laser. Mas as moléculas são mais complicadas do que os átomos:elas não são apenas uma coisa esférica parada ali, disse Liu, eles podem girar e vibrar. Quando presos juntos na luz do laser, as moléculas de gás colidiram umas com as outras como esperado, mas alguns simplesmente desapareceram.

Os cientistas especularam que a perda molecular resultou de reações - duas moléculas colidiram e, em vez de seguir em direções diferentes, eles se transformaram em novas espécies. Mas como?

"O que encontramos neste artigo responde a essa pergunta, "Liu disse." A própria coisa que você usa para confinar a molécula está matando a molécula. "Em outras palavras, é culpa da luz.

Quando Liu e Ni usaram lasers para manipular esse complexo intermediário - o meio de sua reação química - eles descobriram que a luz forçou as moléculas a saírem de seu caminho de reação típico e entrarem em um novo. Um par de moléculas, colados juntos como um complexo intermediário, pode ficar "animado com a foto" em vez de seguir seu caminho tradicional, Disse Liu. As moléculas alcalinas são particularmente suscetíveis devido ao tempo que vivem em seu complexo intermediário.

"Basicamente, se você quiser eliminar a perda, "Liu disse, "você tem que desligar a luz. Você tem que encontrar outra maneira de prender essas coisas." Ímãs, por exemplo, ou campos elétricos podem prender moléculas, também. "Mas tudo isso é tecnicamente exigente, "disse Liu. A luz é mais simples.

Próximo, Ni quer ver para onde vão esses complexos quando desaparecem. Certos comprimentos de onda de luz (como o infravermelho que a equipe usou para excitar suas moléculas de potássio-rubídio) podem criar caminhos de reação diferentes - mas ninguém sabe quais comprimentos de onda enviam moléculas para quais novas formações.

Eles também planejam explorar a aparência do complexo em vários estágios de transformação. “Para sondar sua estrutura, "Liu disse, "podemos variar a frequência da luz e ver como varia o grau de excitação. A partir daí, podemos descobrir onde estão os níveis de energia dessa coisa, que informa sobre sua construção mecânica quântica. "

"Esperamos que isso sirva como um sistema modelo, "Ni disse, um exemplo de como os pesquisadores podem explorar outras reações de baixa temperatura que não envolvem potássio e rubídio.

"Esta reação é, como muitas outras reações químicas, uma espécie de universo em si, "disse Liu. A cada nova observação, a equipe revela um pequeno pedaço do elefante quântico gigante. Uma vez que existe um número infinito de reações químicas no universo conhecido, ainda há um longo, longo caminho para percorrer.