(Evangelos Karamatskos / DESY)
Imagine tentar filmar um evento que foi terminado em apenas 125 trilhões de segundo. É algo com o que os físicos moleculares há muito sonham e, finalmente, parece que eles alcançaram seu objetivo.
Usando pulsos precisamente sintonizados de luz laser, uma equipe internacional de cientistas de quatro instituições diferentes conseguiu filmar a rotação ultra-rápida de uma molécula.
"Nós gravamos um filme molecular de alta resolução da rotação ultra rápida do sulfeto de carbonila como um projeto piloto", disse o físico molecular Evangelos Karamatskos, do DESY, o maior centro acelerador da Alemanha.
"O nível de detalhe que conseguimos alcançar indica que nosso método poderia ser usado para produzir filmes instrutivos sobre a dinâmica de outros processos e moléculas".
Juntos, o vídeo abaixo representa 651 fotos, montadas seqüencialmente para cobrir uma rotação e meia da molécula de sulfeto de carbonila. O produto final é um filme de 125 picossegundos da molécula, desacelerou para baixo para sua diversão.
Não há como negar sua beleza, mas a filmagem é ainda mais magnífica quando você entende exatamente o que está vendo.
Quando uma substância está em estado gasoso, as moléculas estão relativamente distantes e, portanto, livres para sofrer rotação em torno de seus eixos. Essa rotação está sujeita às regras da mecânica quântica.
Como um gás sulfúrico simples e comum, o sulfeto de carbonila em forma de bastão - cujas moléculas consistem em um átomo de oxigênio, um carbono e um átomo de enxofre - é, portanto, o modelo de rodopio perfeito.
Mas o chefe da equipe de pesquisa, o físico Jochen Küpper, diz que você não deveria pensar nessa molécula girando como um bastão.
"Os processos que estamos observando aqui são governados pela mecânica quântica. Nesta escala, objetos muito pequenos, como átomos e moléculas, se comportam de maneira diferente dos objetos do cotidiano em nosso entorno", explica Küpper, que trabalha na Universidade de Hamburgo e na DESY.
"A posição e o momento de uma molécula não podem ser determinados simultaneamente com a mais alta precisão; você só pode definir uma certa probabilidade de encontrar a molécula em um lugar específico em um determinado ponto no tempo".
Mesmo quando a molécula aponta em múltiplas direções ao mesmo tempo, cada uma delas tem uma probabilidade diferente de acordo com a mecânica quântica.
"É precisamente essas direções e probabilidades que imaginamos experimentalmente neste estudo", diz o pesquisador molecular Arnaud Rouzée, do Instituto Max Born, em Berlim.
"A partir do fato de que essas imagens individuais começam a se repetir após cerca de 82 picossegundos, podemos deduzir o período de rotação de uma molécula de sulfeto de carbonila."
(Evangelos Karamatskos / DESY)
Para fazer com que as moléculas de gás se movessem em uníssono, a equipe primeiro usou dois pulsos de luz infravermelha, precisamente sintonizados uns com os outros, de modo que eles pulsavam a cada 38 trilhões de segundo (picossegundo).
O passo seguinte incluiu então um outro impulso de laser com um maior comprimento de onda, que foi utilizado para determinar a posição das moléculas em intervalos de cerca de 0,2 bilionésimos de segundo.
Todo o processo foi um trabalho meticuloso, já que este último pulso destrói as moléculas. Cada instantâneo, portanto, representa uma experiência totalmente nova, começando de novo.
(Evangelos Karamatskos / DESY)
Os autores esperam que sua nova técnica possa nos ajudar a estudar outras moléculas e processos, como a torção interna que ocorre em moléculas ou compostos quirais, que são compostos que existem em duas formas, cada uma delas uma imagem espelhada da outra.
"Além disso, o alto grau de alinhamento livre de campo alcançado aqui seria extremamente útil para estudos de estereoquímica, bem como para experimentos de imagens de estrutura molecular", conclui a equipe em seu estudo .
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