terça-feira, 17 de agosto de 2010

Um buraco quântico deixado por elétron

Físicos do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, já bateram o recorde mundial de menor tempo já medido e recentemente desbancaram uma teoria de um século, mostrando que o efeito fotoelétrico tem um retardamento temporal devido a uma interação entre os elétrons.
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© Nature (espectro de absorção dos íons de criptônio)
Agora, foi observado pela primeira vez o que ocorre dentro de um "buraco quântico", o "vazio" deixado no átomo quando um único elétron de sua camada de valência é ejetado.
Os movimentos dos elétrons em suas órbitas atômicas duram apenas alguns poucos attossegundos (um bilionésimo de um bilionésimo de segundos). Mas o que exatamente essas partículas elementares fazem na "atmosfera dos átomos" é algo ainda em grande parte desconhecido.
O que é bem claro é que não se pode determinar o momento e a localização de uma partícula quântica, como o elétron, ao mesmo tempo. Por isto, o movimento dessas partículas elementares é descrito em termos de uma nuvem de elétrons, chamada "densidade probabilística das partículas".
E esta nuvem de elétrons está sujeita a uma rápida pulsação quando sofre uma excitação, com a incidência de um fóton.
O que os cientistas fizeram agora foi observar o movimento da nuvem de elétrons quando um dos elétrons no átomo é ejetado por um pulso de luz.
O experimento é um prosseguimento do estudo anterior, que determinou que um elétron excitado por um fóton, o princípio de funcionamento das células solares, demora 20 attossegundos para deixar o átomo.
Desta vez, a equipe do Dr. Ferenc Krausz usou pulsos de luz de 100 attossegundos para observar o que acontece no local exato de um átomo do gás nobre criptônio onde um elétron é expulso de sua órbita por um pulso de luz.
Quando o pulso de laser arranca um elétron, o átomo se torna um íon, com carga positiva. No momento em que o elétron deixa o átomo, cria-se uma lacuna, com carga positiva, dentro do íon. Do ponto de vista da mecânica quântica, esse espaço livre continua a pulsar dentro do átomo.
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© Nature (movimento da lacuna positiva deixada pelo elétron)
Os que os físicos conseguiram fazer agora foi observar diretamente esta pulsação, criando uma fotografia virtual do buraco quântico.
O experimento demonstrou que a posição da lacuna dentro do íon, ou seja, a localização da carga positiva, move-se para trás e para frente, variando entre uma forma alongada e uma forma compacta, em ciclos com uma duração de 6 femtossegundos (milésima parte do attossegundo).
"Nossas experiências nos deram uma visão única em tempo real desse microcosmo," comenta o Dr. Krausz. "Usando flashes de luz de attossegundos, nós registramos pela primeira vez processos da mecânica quântica dentro de um átomo ionizado."
O feito ajuda a compreender a dinâmica das partículas elementares fora do núcleo atômico, que é mais extensamente estudado em experimentos como o LHC.
Em sistemas mais complexos, em nível molecular, este tipo de dinâmica é o principal responsável pela sequência dos processos químicos e biológicos.
Um entendimento mais preciso dessa dinâmica poderá abrir as portas para o entendimento de fenômenos que vão da origem microscópica de doenças atualmente incuráveis até a aceleração gradual da velocidade de processamento dos computadores.
Fonte: Nature

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