Aparente fuga das leis da termodinâmica é descoberta por cientistas
Segundo as leis básicas da termodinâmica, se você deixar uma torta quente em uma janela durante um inverno gelado, eventualmente, a torta irá resfriar à mesma temperatura do ar circundante.
Todo mundo pode provar essa lei todos os dias, com o cafezinho que fica gelado quando demoramos muito para tomá-lo.
Não esperaríamos que o café ou a torta esquentassem mais quando deixados em temperatura ambiente, nunca. Mas os pesquisadores acabaram de descobrir uma “fuga aparente” nas leis da termodinâmica que pode mudar nosso entendimento desse fenômeno.
A exceção
Químicos e físicos, durante suas pesquisas, preferem lidar com amostras refrigeradas de partículas carregadas, também chamadas de íons, pois isso as torna mais fáceis de controlar.
Assim, eles usam uma abordagem conhecida como “buffer gas cooling” (algo como “amortecedor refrigerante de gás”) para reduzir a temperatura de íons, aprisionando-os e depois mergulhando-os em nuvens de átomos frios.
Colisões com os átomos esfriam os íons originalmente quentes através da transferência de energia dos íons aos átomos, da mesma maneira que uma torta quente é resfriada ao lado da janela gelada.
No entanto, uma nova pesquisa realizada por Eric Hudson, professor de física na Universidade da Califórnia em Los Angeles (EUA), e sua equipe, publicada na revista Nature Communications, demonstra que os íons nunca verdadeiramente esfriam até a temperatura do gás circundante.
Além disso, muito surpreendentemente, sob certas condições, existem duas temperaturas finais, que dependem da temperatura original dos íons.
A prova
Para realizar o experimento, os pesquisadores prepararam uma amostra microscópica de íons resfriados a laser do elemento químico bário. Em seguida, colocaram esses íons em nuvens de cerca de 3 milhões de átomos de cálcio também esfriados a laser.
Os íons foram presos em um aparelho que levita partículas carregadas usando campos elétricos que oscilam milhões de vezes por segundo, confinando-os a uma região menor do que a largura de um cabelo humano.
Ambas as amostras atômicas e iônicas foram trazidas para temperaturas ultrafrias, a apenas um milésimo de grau acima do zero absoluto, através de uma técnica em que o impulso de luz em um laser é usado para desacelerar o movimento de partículas.
Depois de permitir as colisões entre os átomos e íons e esperar o sistema atingir a sua temperatura final, os físicos removeram os átomos de cálcio e mediram a temperatura dos íons de bário.
Os resultados, que mostram a existência de várias temperaturas finais com base no número de íons e sua temperatura inicial, sugerem que uma física sutil e desequilibrada está em jogo, ao invés de um processo considerado anteriormente simples.
Lição que fica
Este trabalho não viola as leis da termodinâmica, mas demonstra que ainda existem coisas interessantes e potencialmente úteis para aprendermos sobre o processo de resfriamento de íons tão usado por cientistas.
Essa abordagem é crucial em domínios que vão da ciência forense a produção de antimatéria.
A pesquisa descobriu nuances importantes que pedem uma revisão do nosso atual entendimento do processo, explicam as dificuldades encontradas em experimentos anteriores e mostram um novo caminho a seguir na criação de amostras de íon ultrafrios.
“Este é o tipo de investigação fundamental que realmente pode orientar uma ampla gama de esforços de investigação mais aplicados, ajudando outros cientistas e engenheiros a evitar ir por caminhos sem saída e iluminando as direções mais frutíferas que eles podem tomar ao invés disso”, disse John Gillaspy, diretor da divisão de física da Fundação Nacional de Ciência dos EUA, que financiou a pesquisa. [Phys]
