Pesquisadores do Instituto de Física da Universidade Nicolau Copérnico participaram de pesquisas sobre as intensidades das linhas harmônicas. Equipes do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia nos EUA e do Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) na Alemanha também realizaram suas medições. Os cálculos teóricos foram realizados por um grupo da University College London.
A pesquisa foi publicada em Physical Review Letters .

"Até agora, não houve nenhum caso na literatura em que as intensidades das linhas harmônicas moleculares medidas com diferentes técnicas e em diferentes laboratórios concordem em um nível de promille entre si e ao mesmo tempo com os resultados de cálculos teóricos independentes", explica Dra. Katarzyna Bielska do Departamento de Física Atômica, Molecular e Óptica da Universidade Nicolaus Copernicus, a primeira autora do artigo.

"É importante ressaltar que essas medições precisas são extremamente úteis onde quer que queiramos determinar espectroscopicamente o conteúdo de substâncias, por exemplo, em estudos da atmosfera da Terra, bem como na análise das atmosferas de outros corpos celestes. Além disso, as intensidades precisamente reconhecidas de linhas harmônicas podem ser usadas para fins metrológicos, por exemplo, para desenvolver padrões de temperatura ou pressão."

Candidato ideal:monóxido de carbono

Os pesquisadores de Toruń estão envolvidos principalmente em espectroscopia molecular e estão interessados ​​em estudar os espectros de moléculas (o espectro de alta resolução de uma molécula relativamente pequena é composto de milhares de chamadas linhas harmônicas), e neste caso eles se concentraram particularmente na medição da intensidade das linhas harmônicas.

Todas as quatro equipes abordaram o monóxido de carbono, que é particularmente apropriado para esse tipo de pesquisa. Por um lado, é uma molécula relativamente simples, mas, do ponto de vista dos cálculos da mecânica quântica, já é complexa - por isso é adequada tanto para fazer as medições mais precisas quanto para testar várias teorias.

"O monóxido de carbono é 'amigável' do ponto de vista experimental. É reconhecidamente perigoso para nós, mas se soubermos como lidar com ele, podemos aproveitar ao máximo as oportunidades que ele nos oferece para pesquisa", diz o Dr. Bielska. “Tem uma estrutura espectral bastante simples e também é menos propensa a complicações experimentais causadas pela adsorção e dessorção das paredes das células da amostra do que a água, por exemplo”.

Grupos da Polônia, Alemanha, Estados Unidos e Reino Unido fizeram questão de medir as intensidades das linhas harmônicas de monóxido de carbono com a maior precisão possível e alcançar a maior consistência possível dos resultados. A precisão nesta área é crucial.

"Se eu conheço bem a intensidade da linha harmônica e, em seguida, meço essa linha em uma amostra desconhecida, posso determinar qual é o conteúdo dessa substância absorvente nessa amostra. Para ser ainda mais claro:se eu medir a intensidade da linha na minha amostra de monóxido de carbono e, em seguida, fazer uma medição, por exemplo, no ar em uma sala específica, posso concluir a partir disso que há exatamente essa quantidade de monóxido de carbono naquela sala", explica o Dr. Bielska. "E é por isso que o monóxido de carbono, ou mais precisamente o conhecimento das intensidades de suas linhas harmônicas, é útil em aplicações atmosféricas."

No entanto, é importante lembrar que quando se trata de testar o teor de monóxido de carbono da atmosfera da Terra, a precisão necessária das medições é claramente definida pela Organização Meteorológica Mundial – comparações laboratoriais do teor de monóxido de carbono em uma amostra não devem diferir por mais do que 2,5 promille.

"Esse promille 2,5 já é uma precisão muito alta. Infelizmente, até agora, ao revisar a literatura científica sobre o assunto, descobriu-se que as intensidades das mesmas linhas determinadas em diferentes laboratórios ou calculadas teoricamente por diferentes grupos de pesquisa podem diferir por até alguns por cento, ou seja, 10, 20 vezes mais do que a precisão promille que esperamos", diz o Dr. Bielska.

As moléculas de monóxido de carbono são importantes no processo de aquecimento global. Embora existam muito menos deles na atmosfera do que, por exemplo, moléculas de dióxido de carbono, eles têm um maior potencial de aquecimento global por causa das reações químicas em que estão envolvidos na atmosfera, afetando o tempo de vida de outras moléculas importantes:metano e ozônio. Os requisitos para a precisão das medições espectroscópicas de monóxido de carbono, como os de outros gases de efeito estufa importantes, estão aumentando rapidamente.

Diferentes rotas para a meta

Cada grupo escolheu um método de medição diferente. Os físicos da Universidade Nicolau Copérnico basearam-se na dispersão por cavidade óptica (CMDS), pois mostraram recentemente que ela leva a resultados mais precisos do que as técnicas de absorção comumente usadas. Vale ressaltar que o próprio método CMDS foi desenvolvido no mesmo grupo Toruń. Os americanos se concentraram na técnica CRDS (o chamado método de perda de cavidade, um método de absorção), que foi adicionalmente submetido a procedimentos de calibração não padronizados para obter resultados mais precisos. Os alemães, por outro lado, realizaram medições usando o método de espectroscopia de Fourier – uma técnica muito usada, mas também neste caso foi refinada usando procedimentos de calibração não padronizados. Além disso, uma enorme quantidade de trabalho foi feita por um grupo de teóricos de Londres. Todas as equipes alcançaram consistência superior a 1 promille.

"Medir com diferentes técnicas tem a grande vantagem de permitir uma melhor verificação se algum erro sistemático ocorreu. Esses erros acontecem e podem, por exemplo, fazer com que todas as intensidades de linhas harmônicas fiquem 2% mais altas", explica o Dr. Bielska . "Várias técnicas, diferentes laboratórios e medições realizadas de forma independente reduzem esse risco. Além disso, cálculos teóricos unem tudo e confirmam."

Força de acordo e consistência

"É aqui que reside a maior conquista do nosso trabalho. Não só mostramos que é possível alcançar a concordância e consistência do promille, mas também mostramos como fazê-lo. Além disso, essa abordagem também pode ser aplicada a outros É um grande desafio, tanto do lado teórico quanto experimental, mas pode ser superado", acrescenta o Dr. Bielska.

O artigo conjunto e as colaborações anteriores entre laboratórios são apenas o começo. O "consórcio" informal já conta com equipes de cientistas de diferentes universidades, institutos de pesquisa e metrologia - eles querem dar continuidade aos esforços iniciados e realizar medições simultâneas das intensidades das linhas harmônicas de outras moléculas. Tudo com o objetivo de alcançar os resultados mais precisos e fornecer os dados de referência necessários para pesquisas atmosféricas, metrologia, pesquisa básica e muitas outras áreas da ciência moderna. + Explorar mais

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