Atomo é dividido em dois e remontado

Divisão sem fissão: Átomo é dividido em dois e "remontado"

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/11/2012

"O átomo tem uma espécie de dupla personalidade, metade dele fica à direita e metade à esquerda, e, no entanto, ele ainda é um todo."[Imagem: Steffen et al./Pnas]

Divisão atômica

A palavra átomo significa literalmente indivisível, embora há muito os cientistas falem não apenas de elétrons, prótons e nêutrons, mas também de famílias de quarks que formam cada um destes.

E dividir átomos, sobretudo seus núcleos, nos faz lembrar de radioatividade, energia nuclear e suas consequências mais bombásticas.

Por isso pode soar estranho o feito que acaba de ser anunciado por físicos da Universidade de Bonn, na Alemanha.

Andreas Steffen e seus colegas mostraram como um átomo pode ser dividido em duas "metades", que são então separadas, e depois novamente reunidas para formar novamente o mesmo átomo.

Divisão quântica

Há poucos dias um experimento finalmente mostrou que partículas quânticas - ou sistemas quânticos, como os físicos as chamam - são, de fato,simultaneamente partículas e ondas.

Então, não é de estranhar que o átomo, obedecendo às leis da mecânica quântica que o governam, possa ser dividido, exatamente como acontece com os pulsos de luz.

Partículas quânticas podem ocupar vários lugares ao mesmo tempo - infinitos lugares, como uma onda.

O que os pesquisadores fizeram foi colocar um átomo simultaneamente em dois lugares ao mesmo tempo, um separado do outro por 10 micrômetros - uma distância astronômica em se tratando de um átomo.

O efeito só ocorre muito próximo do zero absoluto. E, embora use um átomo de césio, o experimento não gerou fissão e nem radioatividade.

Dupla personalidade

A técnica começa usando lasers para resfriar um átomo de césio até uma temperatura de um décimo milionésimo acima do zero absoluto.

Em seguida, deve-se segurar o átomo com um outro laser, sendo este essencial para a divisão do átomo.

Ocorre que os átomos têm uma rotação - o spin - que pode ir em duas direções. Dependendo da direção, o átomo pode ser movido para a direita ou para a esquerda com o laser, como sobre uma correia transportadora.

Pode-se então lançar mão de uma outra propriedade dos sistemas quânticos, o fato de que seu spin pode ir em ambas as direções simultaneamente - este é um dos grandes trunfos que está sendo explorado para a construção dos computadores quânticos, que permite que os qubits sejam 0 e 1 ao mesmo tempo.

Assim, movendo o átomo para a direita e esquerda ao mesmo tempo, ele se divide - e não é uma simples questão de velocidade.

"O átomo tem uma espécie de dupla personalidade, metade dele fica à direita e metade à esquerda, e, no entanto, ele ainda é um todo," explicou Andreas Steffen, principal idealizador do experimento.

Não se pode ver a diretamente o átomo dividido - basta disparar uma luz sobre o átomo para tirar uma foto dele que a divisão colapsa imediatamente.

E, no entanto, pode-se provar que a divisão existe colocando o átomo de volta novamente.

Simulação de sistemas quânticos

Os cientistas propõem usar a técnica para construir um interferômetro constituído por átomos individuais, que poderão ser utilizados para medir com precisão impactos externos.

Quando os átomos forem divididos, se separarem e depois novamente reunidos, será possível observar as diferenças entre os campos magnéticos das duas posições, uma vez que elas ficarão impressas no estado mecânico quântico do átomo.

Este princípio já foi utilizado para medir forças com muita precisão, como a aceleração da Terra.

Os cientistas da equipe, no entanto, estão à procura de algo mais: simular sistemas quânticos complexos.

• Simulador quântico permite pilotar átomos

Os físicos estão interessados em simular os chamados isoladores topológicos ou a fotossíntese das plantas - fenômenos complexos demais mesmo para os mais modernos supercomputadores, mas que poderão ser replicados usando pequenos sistemas quânticos.

Bibliografia:

Digital atom interferometer with single particle control on a discretized space-time geometry
Andreas Steffen, Andrea Alberti, Wolfgang Alt, Noomen Belmechri, Sebastian Hild, Micha Karski, Artur Widera, Dieter Meschede
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 109 no. 25 9770-9774
DOI: 10.1073/pnas.1204285109