FÍSICOS CAPTURAM AS PRIMEIRAS IMAGENS REAIS DE ÁTOMOS EM MOVIMENTO

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Physicists snap the first images of 'free-range' atoms

Pela primeira vez na história, cientistas capturaram imagens reais de átomos individuais interagindo livremente no espaço.

Um feito que transforma teoria em realidade visível e que promete revolucionar nossa compreensão da matéria.

Essa conquista extraordinária veio do MIT, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Usando uma técnica inovadora, os físicos conseguiram observar, com clareza inédita, a dança invisível das partículas que constituem tudo o que vemos.

As imagens foram publicadas na revista Physical Review Letters, e mostram correlações entre partículas que, até então, só existiam nos cálculos da mecânica quântica.


Mas como se fotografa o invisível?

Um único átomo tem cerca de um décimo de nanômetro de diâmetro.

É um milionésimo da espessura de um fio de cabelo humano.

E como se não bastasse esse tamanho minúsculo,

os átomos obedecem às leis estranhas do mundo quântico — o que significa que não podemos saber exatamente onde eles estão e ao mesmo tempo qual a velocidade com que se movem.

É o famoso princípio da incerteza.

Até agora, cientistas usavam métodos como a imagem por absorção, em que a luz de um laser projeta a sombra de uma nuvem de átomos numa tela.

Mas isso só mostra a forma geral da nuvem — não os átomos em si.

É como observar uma nuvem no céu e tentar adivinhar onde estão as moléculas de água que a compõem.

Foi aí que o grupo liderado por Martin Zwierlein entrou em cena com uma abordagem radicalmente diferente.

Eles desenvolveram uma técnica chamada microscopia de resolução atômica.

Primeiro, eles aprisionam uma nuvem de átomos numa armadilha de luz fraca — como se fosse um berço feito de laser.

Dentro dessa armadilha, os átomos podem se mover e interagir livremente.

No momento certo, os cientistas ativam uma espécie de rede óptica, que congela os átomos no espaço — como uma fotografia de uma cena em movimento.

Em seguida, outro laser, ajustado com precisão extrema, ilumina esses átomos suspensos. O que a câmera captura é pura física quântica, em alta resolução.

Zwierlein descreveu o desafio:
u
era preciso captar a luz dos átomos sem “cozinhá-los” — sem aquecê-los até que escapassem da rede.

Um equilíbrio delicado. Mas eles conseguiram. E pela primeira vez, os cientistas puderam ver, um por um, os átomos interagindo de verdade.

A equipe aplicou essa técnica para estudar dois tipos fundamentais de partículas:

bósons e férmions. A diferença entre eles está no spin, um número quântico ligado à rotação das partículas.

Quando o spin total — que depende da soma de prótons, nêutrons e elétrons — é um número inteiro, o átomo é um bóson.

Se for um número meio-inteiro, é um férmion. Em termos simples: bósons gostam de se juntar. Férmions se repelem.

Usando átomos de sódio, que são bósons, os pesquisadores observaram o famoso condensado de Bose-Einstein — um estado exótico da matéria onde todos os átomos ocupam o mesmo estado quântico.


Imagine milhares de partículas se comportando como uma única onda. Isso já havia sido previsto no século passado, mas agora foi observado em tempo real, com resolução atômica.


Louis de Broglie, em 1924, foi o primeiro a sugerir que partículas de matéria também podiam se comportar como ondas.

A ideia parecia absurda à época. Hoje, essas ondas de matéria são uma realidade visível em laboratório.

Os bósons de sódio mostraram exatamente isso: uma única onda quântica formada por muitos átomos individuais, cada um visível em sua posição — e todos, incrivelmente, interligados.

Mas a equipe foi além.

Eles também visualizaram uma nuvem de férmions — neste caso, dois tipos de átomos de lítio. Os férmions de mesmo tipo se repelem, mas quando são diferentes, podem formar pares.

E esses pares são a base da supercondutividade: o fenômeno pelo qual a eletricidade flui sem resistência.

Pela primeira vez, cientistas viram com os próprios olhos esses pares se formando.

O coautor Richard Fletcher resumiu o impacto disso:

“Esse tipo de pareamento era apenas uma construção matemática. Agora, ele está numa fotografia. É real.”

Na mesma edição da Physical Review Letters, dois outros grupos relataram avanços semelhantes.

O time liderado por Wolfgang Ketterle, também do MIT e ganhador do Prêmio Nobel,

visualizou agrupamentos entre bósons.

Já uma equipe da École Normale Supérieure em Paris,

liderada por Tarik Yefsah, obteve imagens de férmions não interagentes.

Três grupos, três conquistas complementares, uma nova era na observação da física quântica.

E isso é só o começo.

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