Um estado de ligação especial entre os átomos foi criado em laboratório pela primeira vez:com um feixe de laser, os átomos podem ser polarizados de modo que sejam carregados positivamente de um lado e carregados negativamente do outro. Isso faz com que eles se atraem criando um estado de ligação muito especial – muito mais fraco do que a ligação entre dois átomos em uma molécula comum, mas ainda mensurável. A atração vem dos próprios átomos polarizados, mas é o feixe de laser que lhes dá a capacidade de fazê-lo - em certo sentido, é uma "molécula" de luz e matéria.
Teoricamente, esse efeito foi previsto há muito tempo, mas agora cientistas do Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Viena (VCQ) em TU Wien, em cooperação com a Universidade de Innsbruck, conseguiram medir essa ligação atômica exótica pela primeira vez. Tempo. Essa interação é útil para manipular átomos extremamente frios, e o efeito também pode desempenhar um papel na formação de moléculas no espaço. Os resultados já foram publicados na revista científica Physical Review X .

Carga positiva e negativa

Em um átomo eletricamente neutro, um núcleo atômico carregado positivamente é cercado por elétrons carregados negativamente, que cercam o núcleo atômico como uma nuvem. "Se você agora ligar um campo elétrico externo, essa distribuição de carga muda um pouco", explica o Prof. Philipp Haslinger, cuja pesquisa no Atominstitut em TU Wien é apoiada pelo programa FWF START. "A carga positiva é ligeiramente deslocada em uma direção, a carga negativa ligeiramente na outra direção, o átomo de repente tem um lado positivo e um negativo, está polarizado."

A luz é apenas um campo eletromagnético que muda muito rapidamente, então também é possível criar esse efeito de polarização com luz laser. Quando vários átomos estão próximos uns dos outros, a luz do laser os polariza exatamente da mesma maneira – positivo à esquerda e negativo à direita, ou vice-versa. Em ambos os casos, dois átomos vizinhos direcionam cargas diferentes um para o outro, levando a uma força atrativa.

Experiências com a armadilha atômica

"Esta é uma força atrativa muito fraca, então você precisa conduzir o experimento com muito cuidado para poder medi-la", diz Mira Maiwöger, da TU Wien, a primeira autora da publicação. "Se os átomos têm muita energia e se movem rapidamente, a força atrativa desaparece imediatamente. É por isso que uma nuvem de átomos ultrafrios foi usada."

Os átomos são primeiro capturados e resfriados em uma armadilha magnética em um chip de átomo, uma técnica que foi desenvolvida no Atominstitut no grupo do Prof. Jörg Schmiedmayer. Em seguida, a armadilha é desligada e libera os átomos em queda livre. A nuvem de átomos é "ultrafrio" a menos de um milionésimo de Kelvin, mas tem energia suficiente para se expandir durante a queda. No entanto, se os átomos são polarizados com um feixe de laser durante esta fase e, assim, uma força atrativa é criada entre eles, essa expansão da nuvem atômica é desacelerada – e é assim que a força atrativa é medida.

Laboratório quântico e espaço

“Polarizar átomos individuais com feixes de laser basicamente não é novidade”, diz Matthias Sonnleitner, que lançou as bases teóricas para o experimento. "A coisa crucial sobre nosso experimento, no entanto, é que conseguimos pela primeira vez polarizar vários átomos juntos de forma controlada, criando uma força atrativa mensurável entre eles."

Esta força atrativa é uma ferramenta complementar para controlar átomos frios. Mas também pode ser importante na astrofísica:“Na vastidão do espaço, pequenas forças podem desempenhar um papel significativo”, diz Philipp Haslinger. "Aqui, pudemos mostrar pela primeira vez que a radiação eletromagnética pode gerar uma força entre os átomos, o que pode ajudar a lançar uma nova luz sobre cenários astrofísicos que ainda não foram explicados." + Explorar mais

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