A vida (como a conhecemos) é baseada no carbono. Apesar de sua onipresença, esse importante elemento ainda guarda muitos segredos, na terra e nos céus acima de nós. Por exemplo, astrofísicos como Daniel Wolf Savin, da Columbia, que estudam nuvens interestelares, querem entender como os produtos químicos, incluindo o carbono, rodopiam dentro dessas agregações nebulosas de gás e poeira formam as estrelas e planetas que pontilham nosso universo e dão origem à vida orgânica.
Essas nuvens interestelares são frias a um extremo que é difícil de imitar em um laboratório, mas a Columbia tem especialistas em ciência ultrafria. Em um retiro do Departamento de Física há vários anos no Nevis Laboratory de Columbia, o astrofísico Savin conheceu o físico quântico Sebastian Will. O laboratório de Will é especializado em resfriar átomos e moléculas até seu limite absoluto com a ajuda de lasers. As técnicas de resfriamento a laser vêm avançando rapidamente nos últimos anos, mas as escolhas típicas de átomos e moléculas dos físicos não aparecem com muita frequência na vida cotidiana. Savin queria saber:você poderia resfriar moléculas de carbono?

A resposta, pelo menos teoricamente, é sim, de acordo com um estudo que o estudante de física Niccolò Bigagli, Savin e Will publicou recentemente na Physical Review A .

O ponto de partida para o resfriamento a laser de qualquer átomo ou molécula é entender como ela absorve e emite luz; esse processo reduz a energia cinética do átomo ou molécula, resfriando-o e levando-o a quase paralisação. Os dados espectroscópicos necessários são difíceis de obter e muitas vezes requerem equipamentos de laboratório caros, mas, felizmente, os dados para moléculas de carbono já existiam no banco de dados ExoMol, um recurso de código aberto da University College London de dados de espectroscopia molecular que os astrofísicos usam para estudar as atmosferas de exoplanetas .

Bigagli mergulhou nos dados do ExoMol e desenvolveu um esquema que deve ser capaz de usar lasers para resfriar moléculas de carbono a temperaturas extremamente frias – replicando mais de perto essas condições dentro de nuvens interestelares do que anteriormente era possível no laboratório, observou Savin. Essas moléculas frias de carbono poderiam então ser capturadas com as chamadas pinças ópticas para espectroscopia de alta precisão de suas propriedades fundamentais ou para experimentos de reação para estudar sua química quântica, como apontado por Will.

“As moléculas de carbono são blocos de construção absolutamente essenciais para tantas outras moléculas – é incrível pensar nas possibilidades do que podemos criar com esse novo esquema de resfriamento a laser”, disse Bigagli. Isso pode incluir a combinação de átomos de carbono com átomos de hidrogênio para estudar uma importante classe de moléculas chamadas hidrocarbonetos.

Que as moléculas de carbono, que em alguns aspectos são bem diferentes das moléculas que foram resfriadas a laser até agora em laboratórios, são receptivas à técnica também levanta a possibilidade de que mais opções possam estar na mesa do que se imaginava anteriormente. "As moléculas de carbono podem ser a ponte entre as moléculas um tanto esotéricas dos físicos e aquelas que os químicos estudam com mais aplicações na vida real", disse Bigagli. A equipe está atualmente analisando dados adicionais para identificar outras moléculas interessantes que poderiam ser resfriadas a laser, além de pensar no que elas podem adicionar ao carbono resfriado.

Apenas experimentos reais dirão o sucesso do esquema de resfriamento de carbono, disse Will, e ele espera que seu laboratório seja capaz de construir as configurações de laser necessárias em breve. "Mostramos que, fundamentalmente, isso funcionará com tecnologia de ponta - só precisamos dos recursos para montá-la", disse ele. + Explorar mais

Criando moléculas poliatômicas ultrafrias prendendo-as e resfriando-as em três dimensões