Os físicos desenvolveram uma nova forma de controlar a rotação de moléculas dentro de minúsculas gotículas de hélio líquido, marcando um avanço importante 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 explorar esses materiais incomuns e sem atrito.
A conquista representa a primeira demonstração bem-sucedida de rotação molecular controlada dentro de um superfluido. Os investigadores podem agora ajustar diretamente a direção e a velocidade de rotação de uma molécula, tornando possível investigar como as moléculas interagem com o seu ambiente quântico em diferentes frequências rotacionais. O trabalho, liderado por pesquisadores da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC), foi publicado em colaboração com a Universidade de Freiburg Carta de revisão física.
“Controlar a rotação de uma molécula dissolvida em qualquer líquido é um desafio”, 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 efetivamente maiores e mais difíceis de girar. Imagine construir uma bola de neve: quando é pequena é fácil de mover, mas à medida que mais neve é adicionada, fica mais difícil.”
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, atuam como solventes, permitindo que as moléculas se dissolvam dentro deles.
“A questão de interesse na ciência dos materiais quânticos, e esta nova abordagem nos ajudará a explorar, é o que muda do ponto de vista das moléculas dissolvidas – dissolvidas – quando você passa de um fluido normal para este tipo de superfluido quântico”, acrescentou o Dr.
Uma nova técnica de centrífuga óptica
Centrífugas ópticas convencionais têm sido usadas para girar moléculas em gases, expondo-as a pulsos rotativos 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 em superfluidos.
Para superar essa limitação, o Dr. Milner e seus colegas incorporaram as moléculas em nanogotículas de hélio dopadas com dímeros de óxido nítrico. Eles então introduzem um pequeno atraso entre os pulsos de laser. A interferência resultante cria uma taxa de rotação constante e muito mais lenta que facilita a rotação das moléculas, o que os pesquisadores descrevem como sua “capacidade de rotação”.
Explorando os limites da superfluidez
Os investigadores planeiam agora alterar a frequência de rotação (usando um novo “botão de controlo” fornecido pela nova centrífuga) para identificar um ponto crítico onde se espera que a rotação molecular diminua dramaticamente à medida que o superfluido começa a decompor-se.
“Não se sabe bem como e quando – por exemplo, com que frequência – esta transição ocorre numa escala atómica tão pequena,” disse o Dr. Milner. “Essa é a principal área que estamos a investigar neste momento.”
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.
