Através de um feixe de laser, é possível a polarização dos átomos para que eles possam ficar carregados positivamente de um lado e carregados negativamente do outro. Como resultado, eles são atraídos um pelo outro, criando um estado de ligação único que é significativamente mais fraco do que a ligação entre dois átomos em uma molécula específica, mas ainda quantificável. O feixe de laser, que pode ser pensado como uma “molécula” de luz e matéria, de certa forma dá aos átomos polarizados o poder de atrair uns aos outros.
Esse fenômeno há muito foi antecipado teoricamente, mas pesquisadores da Universidade de Innsbruck e o Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Viena (VCQ) em Universidade de Tecnologia de Viena conseguiram agora a primeira medição desta conexão atômica incomum. Eles criaram um estado de ligação muito especial entre os átomos no laboratório pela primeira vez. Essa interação pode ser usada para manipular átomos muito frios e também pode afetar a forma como as moléculas se formam no espaço.
O Prof. Philipp Haslinger, cuja pesquisa no Atominstitut em TU Wien é apoiada pelo programa FWF START, disse: “Em um átomo eletricamente neutro, um núcleo atômico carregado positivamente é cercado por elétrons carregados negativamente, que cercam o núcleo atômico como uma nuvem. Se você agora ligar um campo elétrico externo, essa distribuição de carga muda um pouco.”
“A carga positiva é levemente deslocada em uma direção, a carga negativa levemente na outra direção, o átomo de repente tem um lado positivo e um negativo, polarizado.”
Criar um efeito de polarização com luz laser é possível, pois a luz é apenas um campo eletromagnetico que muda rapidamente. A luz polariza todos os átomos (quando colocados próximos uns dos outros) da mesma forma – positivo à esquerda e negativo à direita, ou vice-versa. Em ambos os casos, dois átomos vizinhos direcionam cargas diferentes um para o outro, criando uma força entre eles.
Mira Maiwöger da TU Wien, a primeira autora da publicação, disse: “Esta é uma força atrativa muito fraca, então você tem que experimentar com muito cuidado para poder medi-la. Se os átomos têm muita energia e estão se movendo rapidamente, a força atrativa desaparece imediatamente. É por isso que uma nuvem de átomos ultrafrios foi usada.”
Mira Maiwöger da TU Wien, a primeira autora da publicação, disse: “Esta é uma força atrativa muito fraca, então você tem que experimentar com muito cuidado para poder medi-la. Se os átomos têm muita energia e estão se movendo rapidamente, a força atrativa desaparece imediatamente. É por isso que uma nuvem de átomos ultrafrios foi usada.”
Os cientistas usaram uma técnica na qual primeiro capturaram e depois resfriaram os átomos em uma armadilha magnética em um chip de átomo. Os átomos são então liberados em queda livre após desligar a armadilha. Apesar de ser “ultrafrio” – com uma temperatura inferior a um milionésimo de Kelvin – a nuvem de átomos tem energia suficiente para crescer durante o outono. No entanto, esse crescimento da nuvem atômica é retardado se os átomos forem polarizados com um feixe de laser durante esta fase, criando uma força atrativa entre eles. É assim que a força atrativa é medida.
Matthias Sonnleitner, que lançou as bases teóricas para o experimento, disse: “Polarizar átomos individuais com feixes de laser não é novidade. A coisa crucial sobre nosso experimento, no entanto, é que conseguimos pela primeira vez vários átomos polarizados juntos de maneira controlada, criando uma força mensurável e atrativa entre eles.”
Philipp Haslinger dito, “Esta força atrativa é uma ferramenta complementar para controlar átomos frios. Mas também pode ser importante na astrofísica: na vastidão do espaço, pequenas forças podem desempenhar um papel significativo. Aqui, pudemos mostrar pela primeira vez que a radiação eletromagnética pode gerar uma força entre os átomos, o que pode ajudar a lançar uma nova luz sobre cenários astrofísicos que ainda não foram explicados.”
Jornal de referência:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Observação de forças dipolo-dipolo induzidas por luz em gases atômicos ultrafrios. Física Rev. X 12, 031018 – Publicado em 27 de julho de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031018
