“Superquímica quântica” observada pela primeira vez na história
Pesquisadores alcançaram um marco inovador ao observar um fenômeno conhecido como “superquímica quântica” dentro de um ambiente de laboratório. Esse conceito, anteriormente existente como uma noção teórica, envolve as reações químicas aceleradas de átomos ou moléculas que compartilham o mesmo estado quântico, em comparação com aqueles em estados quânticos diferentes. Um estado quântico engloba atributos distintos de uma partícula quântica, como níveis de energia ou momento angular.
Para testemunhar essa notável atividade química aprimorada pela natureza quântica, os cientistas precisaram trazer moléculas inteiras, em vez de átomos individuais, para um estado quântico idêntico. Uma vez alcançado esse feito, eles observaram que as reações químicas ocorriam de maneira coletiva, com uma observação intrigante: à medida que a densidade dos átomos participantes aumentava, a velocidade das reações químicas também se intensificava.
Cheng Chin, um professor de física que liderou este estudo na Universidade de Chicago, afirmou que suas descobertas se alinhavam com previsões teóricas de longa data. Ele expressou seu entusiasmo, descrevendo essa conquista como um avanço significativo após duas décadas de busca científica.
Os resultados dessa pesquisa foram relatados no jornal Nature Physics em 24 de julho. Os pesquisadores observaram a superquímica quântica em átomos de césio que se uniram para formar moléculas. O processo envolveu o resfriamento do gás de césio para quase o zero absoluto, causando a paralisação de todo movimento. Nesse estado de baixa temperatura, átomos individuais de césio foram conduzidos para um estado quântico compartilhado. Ao manipular o campo magnético circundante, os pesquisadores iniciaram a ligação química entre esses átomos.
Surpreendentemente, esses átomos em reação química demonstraram uma interação mais rápida na formação de moléculas de césio de dois átomos do que quando o experimento foi conduzido usando gás normal, não resfriado. Além disso, as moléculas resultantes compartilharam um estado quântico idêntico por alguns milissegundos antes de começarem a decair e perder sua oscilação sincronizada.
Chin ressaltou a importância dessa técnica, sugerindo que ela poderia direcionar moléculas para um estado uniforme. De maneira intrigante, a equipe de pesquisa descobriu que, embora o produto final da reação fosse uma molécula de dois átomos, na verdade três átomos estavam envolvidos. Um átomo adicional desempenhou um papel na facilitação da reação ao interagir com os dois átomos em ligação.
Essa descoberta tem aplicações potenciais nos campos da química quântica e da computação quântica. Moléculas que compartilham um estado quântico comum exibem atributos físicos e químicos compartilhados, o que poderia ser aproveitado para diversos propósitos. Esses experimentos fazem parte do campo emergente da química ultragélida, que busca controlar reações químicas de maneira intrincada ao aproveitar as interações quânticas que ocorrem em condições extremamente frias. Essa abordagem poderia utilizar partículas ultragélidas como qubits, unidades fundamentais para armazenar e processar informações na computação quântica.
Por enquanto, o estudo principalmente utilizou moléculas simples. Portanto, o próximo objetivo envolve o esforço para alcançar a superquímica quântica com moléculas mais complexas, como Chin sugeriu. Ele enfatizou a importância de explorar os limites da engenharia quântica e sua aplicação a moléculas mais complexas, representando uma direção fundamental para os esforços de pesquisa contínuos da comunidade científica. [Scientific American]
