Criar e aprisionar moléculas formadas pela ligação de dois átomos resfriados até temperaturas próximas do zero absoluto pode permitir aos pesquisadores realizarem em breve testes de leis fundamentais da física, tais como verificar se o elétron é realmente uma partícula indivisível. Moléculas ultrafrias também podem ser manipuladas para realizar complexas operações de computação quântica. Uma equipe de físicos brasileiros e franceses desenvolveu uma nova técnica para produzir e aprisionar essas moléculas.
“Produzir e aprisionar uma amostra de moléculas ultra-frias densa e numerosa não é uma tarefa simples, se comparada às técnicas já bem estabelecidas de resfriamento e aprisionamento de amostras de átomos”, explica o físico Henry Fernandes Passagem, primeiro autor do estudo publicado em 26 de março na revista Physical Review Letters. O trabalho faz parte de sua tese de doutorado em andamento, sob supervisão do físico Luís Marcassa, professor do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da Universidade de São Paulo (USP). Colaboraram com o estudo os pesquisadores Ricardo Colin-Rodríguez, Jonathan Tallant e Paulo Cesar Ventura da Silva, todos do IFSC-USP, e Nadia Bouloufa-Maafa e Olivier Dulieu, do Laboratório Aimé Cotton, da Universidade Paris-Sud, na França.
A equipe produziu moléculas incidindo um feixe de luz laser sobre uma amostra de átomos de rubídio já resfriados e aprisionados por uma armadilha magneto-óptica. Dois átomos de rubídio colidindo dentro da armadilha absorviam uma partícula de luz do laser e se ligavam formando uma molécula, um processo chamado de foto-associação. Essas moléculas diatômicas, porém, nasciam girando e vibrando com energia em excesso. “Para as aplicações é importante que todas as moléculas ocupem o estado quântico de menor energia”, Passagem explica.
O problema foi resolvido com o mesmo feixe de luz laser usado para criar as moléculas, ajustando as propriedades da luz de modo a induzir as moléculas a liberarem sua energia em excesso, até que todas elas esfriassem, alcançando um estado de mínima energia. Além disso, a equipe verificou que o mesmo feixe laser também servia para aprisionar as moléculas ultrafrias criadas, por meio de uma interação entre o feixe e o momento de dipolo elétrico induzido nas moléculas. A nova técnica desenvolvida é muito mais simples e barata que as existentes, por utilizar um único feixe de luz laser para criar, esfriar e aprisionar as moléculas.
Passagem conta que a equipe trabalha agora em aplicar a nova técnica para produzir moléculas feitas com um átomo de potássio e outro de rubídio. “Essas moléculas têm propriedades mais interessantes, como um momento de dipolo elétrico interno, o que pode ser usado no estudo de interações dipolo-dipolo”, diz o físico.
A pesquisa teve apoio financeiro de FAPESP, CNPq e CAPES.
Artigo Científico
Continuous Loading of Ultracold Ground-State 85Rb2 Molecules in a Dipole Trap Using a Single Light Beam
Henry Fernandes Passagem, Ricardo Colín-Rodríguez, Jonathan Tallant, Paulo Cesar Ventura da Silva, Nadia Bouloufa-Maafa, Olivier Dulieu, and Luis Gustavo Marcassa
Phys. Rev. Lett. 122, 123401 (2019)
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