Physics News Update nº 788

PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 788, de 10 de agosto de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update

ÁTOMOS EM UMA ARMADILHA MEDEM A GRAVIDADE ao nível micrométrico. Atualmente, muitas das medições mais sensíveis na ciência, dependem de algum fenômeno quântico que seja muito sutil e possa ser explorado para obter a máxima precisão. Eu uma experiência realizada na Universita di Firenze (Universidade de Florença, Itália) o fenômeno quântico em questão é a chamada Oscilação de Bloch. Este estranho efeito ocorre quando partículas, sujeitadas a um poetêncial periódico (tal como elétrons sentido o efeito regular dos intervalos da força elétrica em uma grade cristalina de átomos), são expostas a uma força estática adicional – por exemplo, uma força elétrica unidirecional – o que ocorre é que os elétrons não se movimentam todos, como seria de esperar, na direção da força, porém ficam oscilando para frente e para trás, no mesmo lugar. Em uma nova experiência, relaizada por Guglielmo Tino e seus colegas de Florença, as partículas são átomos de Estrôncio super-resfriados, mantidos em uma armadilha óptica verticalmente orientada, formada por feixes de laser entrecruzados, enquanto que a força estática é apenas a força da gravidade que puxa os átomos para baixo (ver figura em http://www.aip.org/png/2006/263.htm ).
Quais são as características peculiares a esta experiência? Antes de tudo, embora Oscilações de Bloch tenham sido observadas antes, nunca foram mantidas por um tempo tão longo (10 segundos), como no caso presente. Experiências que misturem gravidade e mecânica quântica são raros. Além disso, embora a núvem de átomos de Sr usados não existam sob a forma de um BEC (Condensado de Bose-Einstein), os átomos absorvem a luz laser que os aprisiona, de maneira coerente; ou seja, eles absorvem a luz em uma maneira estimulada, não aleatória. Eles rapidamente re-emitem a luz e, então, absorvem um novo fóton. O número de fótons por átomo transferidos desta forma – milhares, em vez de dezenas – é o maior para uma experiência de física. Finalmente, a observação próxima das Oscilações de Bloch permite que se meça a intensidade da força estática, a gravidade, com alta precisão – neste caso, medir a gravidade com uma incerteza de uma parte por milhão.
Com os melhoramentos previstos para a aparelhagem, os pesquisadores serão capazes de levar os átomos a alguns microns de uma massa de teste e poderão medir g com uma incerteza de 0,1 partes por milhão. Sob estas condições, podem ser verificadas as teorias que dizem que a gravidade deveria se afastar da norma de Newton, o que talvez signifique a existência de dimensões espaciais desconhecidas. De acordo com Tino, diferentemente das experiências de medição da gravidade por meio de efeitos de equilíbrio de torsão ou cantiléver, o método de Florença mede a gravidade diretamentes e em curtas distâncias. A armadilha para átomos também deve ser capaz de se provar útil para futuros sistemas de direção inercial e relógios ópticos. (Ferrari et al., Physical Review Letters, 11 de agosto de 2006)

O OBJETO MAIS AFIADO JÁ FEITO é uma agulha de Tungstênio, cuja ponta tem a espessura de um único átomo. A agulha, feita pelo pós-graudado Moh'd Rezeq do grupo de Robert Wolkow, na Universidade de Alberta (Canadá) e o Instituto Nacional de Nanotecnologia, no início era bem mais rombuda. Exposta a uma atmosfera de Nitrogênio puro, entretanto, começa um rápido "emagrecimento". Para começar, o Tungstênio é quimicamente muito reativo e o nitrogênio abrasa a superfície de Tungstênio. Mas na ponta, onde um campo elétrico, criado pela aplicação de uma voltagem ao Tungstênio, está em seu máximo, as moléculas de N₂ são afastadas. Este processo atinge uma condição de equilíbrio no qual a ponta é muito afiada. (Para uma figura, veja aqui; para um filme mostrando o porcesso de evaporação durante todo o processo, até a formação de uma ponta com um único átomo, ver o website aqui ). Além disto, todo o N₂ presente em torno da ponta auxilia a estabilizar o Tungstênio contra uma degradação química maior. Realmente, a agulha produzida é estável em temperaturas de até 900°C, mesmo após 24 horas de exposição ao ar.
As pontas de sondas usadas em microscópios de varredura por tunelamento (STM), embora possam produzir imagens com resolução ao nível atômico de átomos em repousados na camada superior de um material sólido, não são, eles próprios, da finura de um átomo. Em vez disso, seu raio de curvatura no fundo é tipicamente de 10 nm ou mais. Wolkow diz que uma ponta ainda mais fina possa ser útli na construção de aparelhos STM (junta-se mais pontas em uma pequena área e um aparelho ainda maior pode permitir a filmagem dos movimentos atômicos) a resolução espacial não seria aumentada por isso. O real benefício das finas pontas de Tungstênio, ele acredita, será o de serem soberbos emissores de elétrons. Sendo tão finas, elas emitiriam elétrons em um feixe brilhante, estreito e estável. (Rezeq, Pitters, Wolkow, Journal of Chemical Physics, 28 de maio de 2006)


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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.