Os cientistas conseguiram observar pela primeira vez uma interação comum na química quântica, usando um computador quântico para acompanhar o processo a uma velocidade 100 bilhões de vezes mais lenta que o normal.
Conhecida como interseção cônica, as interações são conhecidas há muito tempo, mas geralmente terminam em meros femtossegundos – quatrilionésimos de segundo – impossibilitando a realização de observações diretas.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Sydney, na Austrália, e da Universidade da Califórnia, em San Diego, monitorou a reação usando uma partícula carregada presa em um campo, permitindo-lhes seguir uma versão do processo que se arrastou por uma eternidade relativa.
“Usando nosso computador quântico, construímos um sistema que nos permitiu desacelerar a dinâmica química de femtossegundos para milissegundos”, diz Vanessa Olaya Agudelo, da Escola de Química da Universidade de Sydney.
“Isso nos permitiu fazer observações e medições significativas. Isso nunca foi feito antes.”
As interseções cônicas descrevem a rápida transferência de energia entre superfícies de energia potencial dentro das moléculas. Como tal, são melhor descritas utilizando a linguagem e a matemática da física quântica, envolvendo campos sobrepostos e ondas variáveis no comportamento das partículas.
Em termos químicos, as reações quânticas governam as reações baseadas na luz em todos os tipos de cenários, como a fotossíntese e as reações no olho humano.
O que tornou esta pesquisa possível foi a maneira especial como os cientistas conseguiram mapear a mudança do estado do elétron nas características de um sistema usando um computador quântico de íons aprisionados, onde os campos elétricos fazem a captura e os lasers fazem a manipulação.
Uma vez realizado esse complexo processo, a equipe conseguiu desacelerar tudo para que pudesse ser observado. Os cientistas comparam isto com observações da aerodinâmica numa asa de avião num túnel de vento.
“A nossa experiência não foi uma aproximação digital do processo – foi uma observação analógica direta da dinâmica quântica que se desenrolava a uma velocidade que podíamos observar”, diz Christophe Valahu, da Escola de Física da Universidade de Sydney.
Como as interseções cônicas são tão comuns na fotoquímica, a nova pesquisa será extremamente útil em muitas áreas de pesquisa. Mostra como novos insights podem ser encontrados através do trabalho conjunto de pesquisadores de diferentes áreas da ciência.
De forma mais geral, os computadores quânticos são muito promissores quando se trata de simular todos os tipos de reações e interações. Uma melhor compreensão dos eventos mais rápidos e menores significa que temos uma ideia melhor de como utilizá-los.
“É através da compreensão destes processos básicos dentro e entre as moléculas que podemos abrir um novo mundo de possibilidades na ciência dos materiais, na concepção de medicamentos ou na captação de energia solar”, diz Olaya Agudelo.
“Também poderia ajudar a melhorar outros processos que dependem de moléculas interagindo com a luz, como a forma como a poluição atmosférica é criada ou como a camada de ozônio é danificada.”
A pesquisa foi publicada na Nature Chemistry.
Por David Nield
Publicado no ScienceAlert
