Pesquisadores da Universidade de Duke fizeram uma observação inovadora relacionada a um efeito quântico na interação de moléculas e fótons que absorvem luz. Este efeito, conhecido como interseção cônica, afeta como as moléculas transitam entre diferentes configurações.
Imagine duas montanhas tocando em seus picos. Este ponto de interseção dita o movimento dos elétrons entre vários estados de energia. Quando uma molécula absorve energia luminosa, seus elétrons ficam excitados. No entanto, este estado excitado é instável e a molécula tenta reverter ao seu estado original e estável.
Ao fazer isso, ele libera a energia absorvida ou faz a transição com sucesso para outro estado. Devido ao rápido movimento de átomos e elétrons em tais processos, os efeitos quânticos entram em ação, o que significa que a molécula existe em vários estados simultaneamente.
No entanto, um fenômeno matemático único chamado fase geométrica restringe a ocorrência de certas transições. É como tentar enrolar uma montanha com um cobertor, mas não conseguir cobri-la completamente.
Historicamente, observar essa fase tem sido difícil. Tem vida curta, ocorre em femtossegundos e opera em escala atômica. Além disso, mesmo a menor interferência pode impedir a sua observação. Embora aspectos individuais da interseção cônica tenham sido observados, a fase geométrica sempre foi ilusória.
Para investigar esse fenômeno, os pesquisadores utilizaram um computador quântico de cinco íons. Este computador, construído pela equipe de Jungsang Kim da Duke, usa lasers para controlar átomos carregados no vácuo.
Ao manipular esses íons e seus estados quânticos, os pesquisadores puderam simular o comportamento quântico exato dos átomos em torno de uma interseção cônica. E como a dinâmica dos íons aprisionados é significativamente mais lenta do que a de uma molécula, essa configuração permitiu à equipe medir diretamente a fase geométrica.
Este experimento resultou em uma representação bidimensional semelhante a uma lua crescente. Isso ilustra que certas configurações moleculares não podem fazer a transição de um lado para o outro da interseção cônica, apesar da ausência de qualquer barreira de energia. Este estudo mostra o potencial dos computadores quânticos modernos na modelagem e revelação da intrincada mecânica de sistemas quânticos complexos.
Além disso, uma experiência semelhante na Universidade de Sydney, na Austrália, observou de forma independente os efeitos da fase geométrica, corroborando as descobertas da equipe da Universidade Duke.
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