Descobertas moléculas neutrônicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2024

A esfera vermelha representa um nêutron ligado, a esfera maior é uma nanopartícula de hidreto e o campo amarelo representa a função de onda do nêutron.
[Imagem: Hao Tang et al. - 10.1021/acsnano.3c12929]

Molécula neutrônica

Cientistas descobriram moléculas "neutrônicas", nas quais os nêutrons ligam-se a pontos quânticos, mantidos apenas pela força forte.

A descoberta pode levar a novas ferramentas para sondar as propriedades dos materiais no nível atômico e subatômico e explorar novos tipos de dispositivos de processamento de informação quântica.

Os nêutrons são partículas subatômicas que não possuem carga elétrica, ao contrário dos prótons e dos elétrons. Isso significa que, embora a força eletromagnética seja responsável pela maioria das interações entre a radiação e os materiais, os nêutrons são essencialmente imunes a essa força.

Assim, os nêutrons são mantidos juntos dentro do núcleo de um átomo apenas por algo chamado força forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Como o próprio nome indica, a força é de fato muito forte, mas apenas a uma distância muito curta - ela diminui tão rapidamente que é insignificante além de 1/10.000 do tamanho de um átomo.

Agora, contudo, Hao Tang e colegas do MIT, nos EUA, descobriram que é possível fazer com que os nêutrons se liguem a partículas semicondutoras chamadas pontos quânticos, que são constituídas por dezenas de milhares de núcleos atômicos, e mantidos ali apenas pela força forte - os pontos quânticos são os píxeis das telas de TV e computador mais modernas e sua descoberta recebeu o Prêmio Nobel de Química no ano passado.

Os nêutrons formam uma "pele" no núcleo de um átomo.
[Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Nêutrons

Os nêutrons são amplamente usados para sondar as propriedades dos materiais usando um método chamado espalhamento de nêutrons, no qual um feixe dessas partículas é focado em uma amostra, e os nêutrons que ricocheteiam nos átomos do material podem ser detectados para revelar a estrutura interna e a dinâmica desse material.

Mas, até agora, ninguém pensava que esses nêutrons poderiam aderir aos materiais que estavam sondando. "O fato de que [os nêutrons] podem ser aprisionados pelos materiais, ninguém parece saber disso. Ficamos surpresos que isso exista e que ninguém tenha falado sobre isso antes, entre os especialistas com quem consultamos," disse o professor Ju Li, coordenador da equipe.

A razão pela qual esta descoberta é tão surpreendente é que os nêutrons não interagem com forças eletromagnéticas. Das quatro forças fundamentais, a gravidade e a força fraca geralmente não são importantes para os materiais. "Quase tudo é interação eletromagnética, mas neste caso, como o nêutron não tem carga, a interação aqui é através da interação forte, e sabemos que ela é de alcance muito curto. Ela é efetiva em uma faixa de 10 elevado a menos 15, ou um quadrilionésimo de metro," disse Li.

Como há milhares de núcleos atômicos em um ponto quântico, a estrutura acaba por ser capaz de estabilizar essas ligações exóticas. A equipe batizou a estrutura resultante de "molécula neutrônica".

Um universo-espelho desaparece quando um nêutron bate no muro.
[Imagem: Michael Pierce/LANL]

Fissão e fusão nuclear

Os nêutrons são ferramentas usadas para desencadear reações de fissão e fusão nucleares, mas até hoje tem sido difícil controlar nêutrons individuais. Estes novos estados ligados poderão fornecer graus de controle muito maiores sobre os nêutrons individuais.

"Uma aplicação possível", disse Li, "é que talvez nós possamos controlar com precisão o estado do nêutron. Ao mudar o modo como o ponto quântico oscila, talvez possamos disparar o nêutron em uma direção específica."

As moléculas neutrônicas também poderão servir como modelo para estudar inúmeros problemas da mecânica quântica e desempenhar um papel no desenvolvimento de novos sistemas de informação quântica.

"Uma ideia é usar [a molécula neutrônica] para manipular o nêutron, e então o nêutron será capaz de afetar outros spins nucleares," detalhou Li. "Nesse sentido, a molécula neutrônica poderia servir como mediadora entre os spins nucleares de núcleos separados - e esse spin nuclear é uma propriedade que já está sendo usada como unidade básica de armazenamento, ou qubit, no desenvolvimento de sistemas de computação quântica."

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