Os físicos desenvolveram uma nova forma de controlar a rotação de moléculas em minúsculas gotículas de hélio líquido, marcando um importante avanço no estudo dos superfluidos. Usando uma centrífuga óptica especialmente projetada, a equipe conseguiu girar com precisão moléculas suspensas em nanogotículas de hélio líquido, dando aos cientistas uma nova ferramenta poderosa para estudar esses materiais incomuns sem atrito.
A conquista representa a primeira demonstração bem-sucedida de rotação molecular controlada dentro de um superfluido. Os pesquisadores agora podem controlar diretamente a direção e a velocidade do spin de uma molécula, permitindo-lhes estudar como as moléculas interagem com seu ambiente quântico em diferentes frequências de spin. O trabalho, liderado por pesquisadores da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC) em colaboração com a Universidade de Freiburg, foi publicado em Fichas de exame físico.
“Controlar o spin de uma molécula dissolvida em qualquer líquido é uma tarefa desafiadora”, disse a Dra. Valerie Milner, professora associada de física e astronomia da UBC e autora do artigo.
“As moléculas dissolvidas interagem com os componentes atômicos ou moleculares do líquido, tornando-se na verdade maiores e mais difíceis de girar. Imagine fazer uma bola de neve: é muito fácil de mover quando é pequena, mas fica cada vez mais dura à medida que mais neve se fixa nela.’
Compreendendo os superfluidos
Os superfluidos, como o hélio líquido resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto, são um estado incomum da matéria que flui sem viscosidade. Embora não tenham atrito interno, ainda atuam como solventes, permitindo que as moléculas se dissolvam neles.
“A questão que interessa à ciência da matéria quântica, e que esta nova abordagem nos ajudará a explorar, é o que muda em termos da molécula solvatada – dissolvida – quando se faz a transição de um líquido comum para este tipo de superfluido quântico”, acrescenta o Dr.
Uma nova técnica de centrífuga óptica
Centrífugas ópticas tradicionais foram usadas para girar moléculas em gases, expondo-as a um pulso rotativo de laser. À medida que o campo elétrico do laser gira, as moléculas do gás se alinham com ele e começam a girar. Até agora, porém, a mesma abordagem não teve sucesso com moléculas imersas num superfluido.
Para superar essa limitação, o Dr. Milner e seus colegas incorporaram as moléculas em nanogotículas de hélio dopadas com dímeros de óxido nitroso. Eles então introduziram um pequeno atraso entre os pulsos de laser. A interferência criou uma taxa de rotação muito mais lenta e estável, facilitando a rotação das moléculas, aumentando o que os pesquisadores descrevem como seu “spin”.
Investigação dos limites da superfluidez
Os investigadores planeiam agora variar a frequência de rotação (usando um novo “botão de controlo” oferecido pela nova centrífuga) para identificar um ponto crítico onde se espera que a rotação molecular diminua dramaticamente porque a superfluidez começa a quebrar.
“Não está totalmente claro como ou quando – por exemplo, com que frequência – esta transição ocorrerá numa escala atómica tão pequena”, diz o Dr. Milner. “Esta é uma área chave que estamos investigando atualmente.”
A pesquisa foi apoiada pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá, pela Fundação Canadense para Inovação e pelo Fundo de Desenvolvimento do Conhecimento BC.
