Um artigo publicado recentemente na revista Nature, assinado por uma equipe formada por cientistas da Alemanha e da China, relata os resultados de um estudo que alcançou um marco extraordinário ao criar a molécula de quatro átomos mais fria já produzida.

Essa molécula, que é uma mistura peculiar de sódio e potássio com uma ligação química incrivelmente longa, foi desenvolvida a uma temperatura de 134 nanokelvin – apenas 134 bilionésimos de grau acima do zero absoluto.

Sistemas ultrafrios são cruciais para entender o comportamento quântico porque a mecânica quântica (conjunto de regras que regem as partículas subatômicas) domina em baixas temperaturas

Ao controlar com precisão a energia dessas partículas, os cientistas conseguem simular fenômenos quânticos complexos, o que pode ajudar a compreender sistemas importantes, como os supercondutores de alta temperatura.

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Molécula poliatômica (NaK)2, criada em laboratório, é a mais fria já produzida. Crédito: PopTika – Shutterstock

Quanto mais complexa uma molécula, mais difícil resfriá-la

No entanto, alcançar esse nível de frieza não é tarefa fácil. Quanto mais complexa a molécula, mais difícil é resfriá-la. Isso porque cada átomo contribui com uma infinidade de estados quânticos, o que torna o processo ainda mais desafiador.

Para superar essas dificuldades, os pesquisadores, liderados por Tao Shi, da Academia Chinesa de Ciências, utilizaram um método de resfriamento em várias etapas. Eles começaram com o resfriamento a laser, que consiste em direcionar feixes de luz laser para os átomos em movimento. Esse processo permite que os átomos liberem energia, resfriando-se ainda mais.

Contudo, resfriar moléculas é mais complexo do que resfriar átomos isolados. É necessário empregar técnicas extras, como o resfriamento evaporativo. Isso envolve uma série de desafios técnicos que os cientistas precisaram superar.

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Apesar das dificuldades, a equipe de Shi conseguiu criar com sucesso moléculas de sódio e potássio em temperaturas extremamente baixas. Ao utilizar micro-ondas controladas com precisão, eles conseguiram superar o problema da aglomeração molecular e formar uma molécula de quatro átomos de (NaK)2.

Essa molécula, nunca antes registrada, possui uma ligação central 1000 vezes mais longa do que as ligações tradicionais entre átomos de sódio e potássio. Além disso, foi produzida a uma temperatura mais de 3000 vezes mais fria do que qualquer outra molécula de quatro átomos já registrada.

Essas descobertas são promissoras, pois abrem portas para o desenvolvimento de novos materiais, como supercondutores de alta temperatura e baterias de lítio mais eficientes, representando grandes avanços na ciência dos materiais.