Fa­sicos do MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms (CUA) desenvolveram uma nova abordagem para controlar o resultado de reações químicas. Isso éfeito tradicionalmente usando catalisadores de temperatura e qua­micos, ou mais recentemente com campos externos (campos elanãtricos ou magnanãticos ou feixes de laser).

Os fa­sicos do MIT CUA agora adicionaram uma nova reviravolta a isso: eles usaram pequenasmudanças em um campo magnético para fazermudanças sutis na função de onda da meca¢nica qua¢ntica daspartículas em colisão durante a reação química. Eles mostram como essa técnica pode direcionar as reações para um resultado diferente: aumentar ou suprimir reações.

Isso são foi possí­vel trabalhando em temperaturas ultrabaixas a um milionanãsimo de grau acima do zero absoluto, onde colisaµes e reações químicas ocorrem em estados qua¢nticos aºnicos. Sua pesquisa foi publicada na Science em 4 de mara§o.

Os pesquisadores do MIT CUA prepararam uma nuvem ultrafria com uma mistura de a¡tomos de sãodio e a molanãcula diatômica sãodio-la­tio em um estado qua¢ntico especa­fico onde todos os momentos magnanãticos (ou spin) dos elanãtrons foram alinhados por um forte campo magnanãtico.

A presença de reações químicas foi observada a partir do decaimento do número de moléculas remanescentes. Quando os pesquisadores variaram o campo magnanãtico, encontrarammudanças drama¡ticas na taxa de dispersão reativa de uma maneira que não havia sido observada antes. A taxa de reação mudou devido a uma ressonância entre dois estados qua¢nticos departículas em colisão, chamada de ressonância de Feshbach.

Wolfgang Ketterle, professor de física John D. MacArthur no MIT e lider da equipe do MIT CUA, explica: "Ha¡ mais de 20 anos, meu grupo observou as primeiras ressona¢ncias de Feshbach em condensados ​​de Bose-Einstein, uma forma extrema e fria de a‰ incra­vel ver que esse fena´meno agora pode ser usado para controlar a química!”

O elemento chave são asmudanças na fase da função de onda dos a¡tomos e moléculas quando colidem. Colisaµes em temperaturas ultrabaixas podem envolver vários saltos para frente e para trás. A interferaªncia qua¢ntica ocorre entre os efeitos desses saltos, que podem ser construtivos ou destrutivos (dependendo da fase da função de onda), e aumenta ou suprime reações por fatores de cerca de 100.

Hyungmok Son, ex-aluno de pós-graduação da CUA e principal autor do estudo, diz que “a interferaªncia qua¢ntica éana¡loga a  interferaªncia da luz em uma cavidade a³ptica, ou um feixe de laser saltando entre dois espelhos”. Son conseguiu explicar todas as observações usando algumas equações simples baseadas nessa analogia a³ptica. “Essa análise nos deu informações microsca³picas sobre o processo de espalhamento reativo, que não podem ser obtidas apenas por ca¡lculos”, acrescenta Son.

“No momento, estamos estudando sistemas simples osuma molanãcula diatômica e um a¡tomo, porque moléculas maiores seriam muito mais difa­ceis de controlar e descrever. O objetivo de longo prazo de nossa pesquisa émelhorar nossa compreensão de como os processos químicos podem ser controlados em sistemas e ambientes mais gerais”, acrescenta Ketterle.

O artigo foi de coautoria de Son, Ketterle, estudantes de pós-graduação do MIT Juliana Park e Yukun Lu, ex-professor pa³s-doutorado Alan Jamison da Universidade de Waterloo e professor Tijs Karman da Universidade Radboud em Nijmegen, Holanda. Todos, exceto Karman, são ou foram pesquisadores do MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms. A equipe do MIT éafiliada ao Departamento de Fa­sica do MIT e ao Laborata³rio de Pesquisa em Eletra´nica (RLE).

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela National Science Foundation, pelo Departamento de Defesa dos EUA e pela Samsung Scholarship.