Desacelerador de moléculas abre fronteiras para química e física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2014

As moléculas perdem velocidade drasticamente quando são guiadas contra a força centrífuga no centro de um disco rotativo.
[Imagem: MPI of Quantum Optics]

Freio a disco para moléculas

Lidar com moléculas individuais pode ser muito útil.

Por exemplo, o grande sonho da nanotecnologia é construir as coisas de baixo para cima - molécula por molécula ou, se possível, até mesmo átomo por átomo.

O problema é que as moléculas são muito agitadas: uma molécula de nitrogênio, por exemplo, normalmente está se movimentando a 1.700 km/h, o que é quase uma vez e meia a velocidade do som.

Agora, cientistas alemães deram um jeito de frear essas moléculas, colocando-as em uma velocidade mais civilizada - algo em torno de 70 km/h.

Sotir Chervenkov e Martin Zeppenfeld, do Instituto Max Planck, construíram o que eles chamam de um "freio a disco para moléculas".

O aparato é um desacelerador, que faz mecanicamente o que hoje exige aparatos criogênicos para esfriar as moléculas - baixar a temperatura também acalma as moléculas.

As moléculas têm sua rota guiada por eletrodos para o centro do desacelerador, onde enfrentam a força centrífuga do disco rotativo. O efeito produzido é o mesmo que levar as moléculas a uma temperatura de -272º C.

Desaceleração de átomos

O disco, medindo 40 centímetros de diâmetro, gira a uma velocidade de 43 rotações por segundo.

Em seu interior, eletrodos espaçados um milímetro um do outro alternam rapidamente de polaridade para guiar as moléculas e dirigi-las para o centro do desacelerador, o que faz sua velocidade cair rapidamente.

"A grande novidade na nossa desaceleração centrífuga é a sua operação contínua, o grande número de moléculas nos feixes de saída, a sua versatilidade de aplicação e sua relativa facilidade de manuseio," disse o professor Gerhard Rempe, membro da equipe.

Em princípio, átomos ou nêutrons também podem ser desacelerados por força centrífuga.

No entanto, estas partículas não são polares e, por isso, não poderiam ser guiadas através da centrífuga por campos elétricos.

Quatro eletrodos dirigem as moléculas polares da entrada da centrífuga, no canto inferior esquerdo, ao longo da borda do disco rotativo. Elas então espiralam para o centro do disco. Dois eletrodos estáticos, na parte lateral do disco, são mostrados em amarelo e verde, e os eletrodos montados no interior do disco aparecem em violeta e rosa.
[Imagem: Sotir Chervenkov/MPI of Quantum Optics]

Física e química

Além de simplificar os experimentos e abrir caminho para o uso prático das reações observadas - que ocorrem em temperatura ambiente - o desacelerador gera um fluxo contínuo de moléculas, que podem então ser utilizadas para reagir quimicamente com outras moléculas, ou serem usadas no processamento quântico de informações.

Um fluxo contínuo de moléculas selecionadas é o grande sonho dos químicos, que poderão acompanhar reações precisas passo a passo.

Mesmo em laboratório, quando vistas em nível molecular as reações químicas são tipicamente "descontroladas", com os reagentes se encontrando por acaso e chocando-se violentamente uns com os outros.

Juntá-los de forma sistemática e em um ritmo que possa ser monitorado poderá permitir transformações que não ocorrem, ou que ocorrem muito raramente, quando tudo é deixado ao acaso.

Já os físicos da computação quântica poderão contar com "moléculas frias" produzidas de forma controlada e em configurações de experimentos que não podem ser obtidas com aparatos para produzir os gases frios que eles normalmente utilizam.

Ou seja, o aparelho relativamente simples cria novas fronteiras tanto para o campo da química, quanto da física.

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