Cientistas observam primeira evidência de Superquímica quântica no laboratório

Prévia do material em texto

1/3
Cientistas observam primeira evidência de "Superquímica
quântica" no laboratório
(Tolgataz/Getty Images)
Coisas estranhas acontecem no nível quântico. Nuvens inteiras de partículas podem ficar emaranhadas,
sua individualidade perdida enquanto elas agem como uma.
Agora, os cientistas observaram, pela primeira vez, átomos ultrafrios esfriados a um estado quântico que
reagiu quimicamente como um coletivo, em vez de formar novas moléculas depois de esbarrar umas nas
outras por acaso.
“O que vimos se alinhou com as previsões teóricas”, diz Cheng Chin, físico da Universidade de Chicago
e autor sênior do estudo. “Este tem sido um objetivo científico por 20 anos, por isso é uma era muito
emocionante.”
Todas as partículas, átomos e moléculas vibram com energia térmica, vibrando dentro dos limites de sua
estrutura atômica ou empurrando ao lado de outras moléculas em uma substância. O resfriamento de
partículas para temperaturas ultrafrias as convence a um estado menos caótico; fixá-las em uma
armadilha óptica também confina seu movimento.
Décadas atrás, os cientistas mostraram que, à medida que as temperaturas caíam para perto do zero
absoluto, as partículas até começaram a se unir em conglomerados com uma identidade quântica
compartilhada; suas propriedades individuais lavadas por estranhos comportamentos coletivos que
começaram a dominar.
Moléculas são muito mais difíceis de domar do que os átomos. Mas em 2019 os cientistas também
encontraram uma maneira de selegá-los a estados quânticos compartilhados.
A partir daí, os cientistas previram que, se as moléculas se enrederem ou ficarem juntas quando atraídas
para o mesmo estado quântico, poderia haver um novo tipo de química dentro da paisagem quântica.
https://www.sciencealert.com/physicists-conduct-the-most-massive-test-ever-of-the-einstein-podolsky-rosen-paradox
https://news.uchicago.edu/story/uchicago-scientists-observe-first-evidence-quantum-superchemistry-laboratory
https://physics.aps.org/articles/v11/17
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0531-7
https://www.sciencealert.com/bose-einstein-condensate
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0469-9
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03443-0
https://en.wikipedia.org/wiki/Feshbach_resonance
https://en.wikipedia.org/wiki/Feshbach_resonance
2/3
Em alguns casos, esse estado quântico compartilhado, conhecido como degeneração quântica, foi visto
como suprimir reações químicas a uma taxa muito maior do que as temperaturas frias, geralmente
retardam as reações químicas.
Os pesquisadores também pensaram que as moléculas que compartilham um estado quântico poderiam
produzir reações químicas aceleradas se essas moléculas fossem “acopadas” e reagindo como uma só.
No entanto, como em qualquer experimento que sonda o reino quântico, esse comportamento teorizado
tem sido difícil de observar.
“A observação desses fenômenos de muitos corpos, também conhecida como ‘superquímica’, tem sido
indescritível até agora”, escrevem Chin e seus colegas em seu artigo publicado.
Em sua tentativa, Chin e seus colegas seguravam um gás ultrafrio de átomos de césio em uma
armadilha óptica, ligando-os em um estado quântico compartilhado. Em seguida, os pesquisadores
induziram uma reação química para convertê-los em moléculas, ligando um campo magnético e
analisaram a dinâmica da reação.
Os físicos Zhendong Zhang (esquerda) e Cheng Chin (direita) no laboratório. (John
Zich/Universidade de Chicago)
Seus resultados sugerem que as reações químicas realmente seguem regras diferentes em um gás
quântico degenerado versus um gás normal.
Abaixo de uma temperatura crítica, a equipe observou uma queda acentuada nas colisões de partículas.
Enquanto isso, eles mediram uma rápida formação de moléculas à medida que os átomos
desapareceram na reação química – as partículas entraram em um regime quântico degenerado, e as
reações estavam acontecendo mais rápido do que sob condições comuns.
“A transição acentuada da taxa de formação da molécula em torno da temperatura crítica Tc indica
diferentes leis nos regimes degenerados clássicos e quânticos”, escrevem Chin e colegas.
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.aau7230
https://jila.colorado.edu/news-events/articles/first-quantum-degenerate-polar-molecules
https://www.sciencealert.com/quantum-entanglement-has-now-been-directly-observed-at-the-macroscopic-scale
https://doi.org/10.1038/s41567-023-02139-8
https://doi.org/10.1038/s41567-023-02139-8
https://en.wikipedia.org/wiki/Caesium
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02139-8
3/3
Depois que o campo magnético foi desligado, os átomos e moléculas restantes também penduraram em
um acoplamento coerente oscilando por vários milissegundos. Outros experimentos revelaram o
mecanismo de reação subjacente, que os pesquisadores descrevem como evidência de um processo
químico “quântico-aprovado”.
Os experimentos envolveram, no entanto, a criação de moléculas simples de dois átomos, então as
descobertas da equipe precisarão ser repetidas antes que possamos ter certeza do que estamos vendo.
Experimentos com moléculas maiores e mais complexas também estão nas cartas.
“A observação de reações químicas coerentes e coletivas no regime quântico degenerado abre a
maneira de explorar a interação entre a física de muitos corpos e a química ultrafria”, concluem os
pesquisadores.
O estudo foi publicado na Nature Physics.
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02139-8
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02139-8
https://www.nature.com/articles/s41567-023-02139-8