Os processos de transporte são onipresentes na natureza, mas ainda levanta muitas questões. A equipe de pesquisa em torno de Florian Meinert do Quinto Instituto de Física da Universidade de Stuttgart agora desenvolveu um novo método para observar uma única partícula carregada em seu caminho através de uma nuvem densa de átomos ultracold. Os resultados foram publicados em Cartas de revisão física e são posteriormente relatados em uma coluna de ponto de vista no jornal Física .

A equipe de Meinert usou um condensado de Bose-Einstein (BEC) para seus experimentos. Este exótico estado da matéria consiste em uma nuvem densa de átomos ultracold. Por meio de sofisticada excitação a laser, os pesquisadores criaram um único átomo de Rydberg dentro do gás. Neste átomo gigante, o elétron está mil vezes mais longe do núcleo do que no estado fundamental e, portanto, apenas muito fracamente ligado ao núcleo. Com uma sequência especialmente projetada de pulsos de campo elétrico, os pesquisadores arrebataram o elétron do átomo. O átomo anteriormente neutro se transformou em um íon carregado positivamente que permaneceu quase em repouso, apesar do processo de separação do elétron.

Na próxima etapa, os pesquisadores usaram campos elétricos precisos para puxar o íon de forma controlada através da nuvem densa de átomos no BEC. O íon ganhou velocidade no campo elétrico, colidiu em seu caminho com outros átomos, desacelerou e foi acelerado novamente pelo campo elétrico. A interação entre aceleração e desaceleração por colisões levou a um movimento constante do íon através do BEC.

"Esta nova abordagem nos permite medir a mobilidade de um único íon em um condensado de Bose-Einstein pela primeira vez, "diz Thomas Dieterle, um Ph.D. aluno que participou do experimento. O próximo objetivo dos pesquisadores é observar as colisões entre um único íon e átomos em temperaturas ainda mais baixas, onde a mecânica quântica em vez da mecânica clássica dita os processos. "No futuro, nosso sistema modelo recém-criado - o transporte de um único íon - permitirá uma melhor compreensão dos processos de transporte mais complexos que são relevantes em sistemas de muitos corpos, por exemplo., em certos sólidos ou em supercondutores, "Diz Meinert. Essas medições também são um passo importante no caminho para investigar quase-partículas exóticas, os chamados polarons, que pode surgir através da interação entre átomos e íons.

O laboratório vizinho do instituto já está trabalhando em um microscópio iônico que permitirá aos pesquisadores observar colisões entre átomos e íons diretamente. Enquanto um microscópio eletrônico usa partículas carregadas negativamente para criar uma imagem, isso é o que acontece em um microscópio iônico com íons carregados positivamente. As lentes eletrostáticas desviam os íons de maneira semelhante aos raios de luz em um microscópio óptico clássico.