A química quântica é o ramo da química que explora as aplicações da mecânica quântica em sistemas químicos. Estudos nesta área podem ajudar a compreender melhor o comportamento de pares ou grupos de átomos em estado quântico, bem como as reações químicas resultantes de suas interações.
Muitos estudos de química quântica exploraram especificamente as interações entre pares de átomos em um estado quântico. Embora alguns desses trabalhos tenham obtido informações interessantes, muitas vezes foram limitados pela falta de técnicas disponíveis para observar e controlar os resultados de colisões de átomos individuais.

Pesquisadores do Weizmann Institute of Science vêm tentando desenvolver ferramentas novas e mais avançadas para estudar as interações básicas entre um único par de átomos. Em um artigo publicado recentemente na Nature Physics , eles introduziram uma nova técnica baseada na lógica quântica que pode ser usada para estudar as interações entre um átomo neutro ultrafrio e um íon frio.

“Quando os átomos são trazidos a curtas distâncias, eles podem experimentar vários processos, como liberação de energia ou uma reação química, que são governados pela mecânica quântica”, Or Katz, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, que agora está na Duke University, disse ao Phys.org. "Métodos previamente elaborados podem ser usados ​​para estudar esses processos, mas eles requerem acesso óptico e controle de pelo menos um dos átomos, o que por sua vez limita severamente as espécies atômicas, bem como o conjunto de interações que podem ser estudadas na prática. Nosso trabalho alivia esse requisito e nos permite estudar a interação entre muitos pares de átomos usando apenas um único átomo adicional, que atua como uma sonda."

Essencialmente, os pesquisadores resfriaram a laser e prenderam um par de íons e uma nuvem de átomos neutros. Os íons foram presos em uma armadilha de Paul, usando campos eletromagnéticos. Os átomos neutros, por outro lado, estavam presos em uma rede óptica, que eles podiam trazer para dentro e para fora da armadilha de Paul à vontade.

"Estudamos a interação de um único 'íon químico' com um átomo neutro medindo a impressão no segundo 'íon lógico' na armadilha que atua como uma sonda", explicou Katz. "Especificamente, quando o íon químico ganha energia por sua interação com um átomo em um processo exotérmico (liberação de energia), ele empurra o 'íon lógico', que em nossa configuração experimental, conseqüente com a fluorescência da luz. o íon lógico revela informações sobre o processo que o outro íon e átomo experimentaram."

O trabalho recente de Katz e seus colegas abre novas possibilidades para o estudo de processos que antes eram difíceis ou impossíveis de investigar experimentalmente. Por exemplo, a técnica que eles introduziram em seu artigo poderia ser usada para medir novos efeitos nos quais o movimento de características de átomos e íons é caracterizado por interferência quântica. Usando ferramentas desenvolvidas anteriormente, esses efeitos seriam muito difíceis de observar e examinar.

"Uma dica para tal efeito já é vista neste trabalho, refletida na diferença de seções transversais que é medida para a interação de diferentes isótopos de Sr+ com 87Rb, mas a técnica não se limita a este exemplo e pode ser aplicada para estudar efeitos quânticos em muitos outros pares", acrescentou Katz. "Planejamos aplicar a mesma técnica para estudar processos adicionais, como troca de spin e reações químicas".

Além de usar sua técnica para estudar outros processos, Katz e seus colegas planejam reunir mais evidências de efeitos de interferência quântica. Isso permitirá que eles avaliem ainda mais o potencial de ferramentas baseadas em mecânica quântica para o estudo de interações fundamentais entre átomos. + Explorar mais

Usar dois elementos diferentes cria novas possibilidades em computadores quânticos atômicos híbridos

© 2022 Science X Network