Cientistas brasileiros criam átomo artificial

Cauê Muraro - Agência USP - 30/10/2007

Os cerca de 100 mil átomos de rubídio comportarm-se como se fossem uma entidade única, um "átomo artificial".
[Imagem: IFSC]

Átomo artificial

Uma equipe de pesquisadores do Grupo de Óptica do Instituto de Física da USP de São Carlos produziu uma nova versão do condensado de Bose-Einstein, utilizando agora átomos de rubídio.

O condensado é, basicamente, um novo estado da matéria, atingido quando um conjunto de átomos está com um grau de energia baixíssimo, de maneira que eles se comportam e agem como se fossem um único átomo gigante. É por isso que os pesquisadores o chama de "átomo artificial."

Condensado de Bose-Einstein

Para criar o condensado de Bose-Einstein, é preciso resfriar os átomos de rubídio até temperaturas excepcionalmente baixas. De acordo com o professor Vanderlei Bagnato, coordenador do projeto de pesquisa do IFSC que resultou na condensação dos átomos de rubídio, este era um espaço na física brasileira que precisava ser preenchido com urgência.

O fato de o novo experimento estar operando regularmente, explica ele, gera resultados inéditos, que contribuirão para o melhor entendimento da matéria quântica.

"A capacidade de realizarmos ciência compatível com todo o resto do mundo é o que nos torna competitivos e capazes de formar nossos estudantes com aquilo que há de mais moderno", afirma Bagnato. E conclui: "Se um estudante quisesse realizar uma tese de doutorado sobre o tema de condensados de Bose-Einstein envolvendo experimentos, ele não precisaria mais sair do Brasil, temos isto em andamento. Até então, nada podíamos oferecer".

Condensado com átomos de sódio

O Grupo de Óptica do IFSC já havia obtido o condensado em 2004. Na ocasião, a equipe de pesquisadores reduziu a temperatura de parte de uma nuvem de átomos de sódio. Átomos de sódio, contudo, demandam trabalho considerável para que se chegue às condições necessárias para a observação do condensado.

"Nosso experimento produziu um condensado com um número bastante reduzido de átomos e de difícil reprodutibilidade. Estes dois fatos, principalmente as dificuldades de reprodutibilidade dos resultados, fizeram com que não fosse possível realizar os experimentos agendados", explica Bagnato.

Condensado com átomos de rubídio

Foi necessária, então, uma mudança no sistema: passou-se a trabalhar com átomos de rubídio, e as condições tornaram-se mais favoráveis. O cálculo é de que, em 2004, cerca de mil átomos de sódio chegaram ao estado de resfriamento e formaram o condensado.

Já neste novo experimento - com átomos de rubídio reduzidos à temperatura de 180 nanokelvin, valor próximo ao zero absoluto - foi possível obter um condensado com cerca de 100 mil átomos.

"Nos experimentos que estamos planejando, em que pretendemos observar fatos relacionados com estas amostras quânticas macroscópicas, é necessário que tenhamos um elevado número de átomos, para que interações sejam dominantes e revelem os efeitos que procuramos", diz o coordenador da pesquisa.

Reprodutibilidade

O pesquisador alerta que este novo projeto já nasce livre dos problemas anteriores: a cada dois minutos, um condensado é obtido no sistema, e de forma bastante reprodutível - o sistema é feito para permitir a produção, todos os dias, do mesmo condensado.

"Isto, sim, cria as condições para experimentos mais sérios, condições para que possamos ir adiante. No caso do sódio, desenhamos um sistema muito complexo, difícil de ser operado, e pagamos um elevado preço: nada conseguimos fazer. Agora temos um excelente condensado. Este é o único da América Latina operando. Para nós é importante mostrar nosso potencial de pesquisa nestes sistemas."

Amostra quântica macroscópica

Vanderlei Bagnato observa que os condensados de Bose-Einstein permitem que se explorem átomos num regime de "altíssimo interesse": a amostra quântica macroscópica. No condensado, os átomos revelam efeitos nunca antes observados, com propriedades próximas às do laser.

Um condensado de Bose, esclarece o professor, é para um gás comum dentro de um balão o mesmo que o laser é para a luz comum. "Quando descoberto, o laser era apenas um instrumento científico - hoje não poderíamos ter este maravilhoso mundo das telecomunicações etc. sem ele." Para o professor, a revolução causada por esta luz especial pode ser imaginada para o condensado.

"Estudamos, desaceleramos e aprisionamos átomos - agora condensamos. Ao mesmo tempo, temos nos preocupado em prover aplicações para estes átomos frios. É neste contexto que aparecem os relógios atômicos em que temos trabalhado. Hoje temos um excelente laboratório em metrologia científica de tempo e freqüência. Isto é estratégico para um país como o Brasil, com grandes ambições em navegação aérea, satélite nacional etc."

Mais tópicos