Metrônomo atômico pode medir frações de tempo impressionantes

Medir o tempo não é tarefa fácil, medir frações incrivelmente pequenas de tempo parecia impossível. Parecia — até que a física resolveu, mais uma vez, quebrar as barreiras e uma equipe de cientistas conseguiu medir o movimento de elétrons em um biolionésimo de segundo. E, para fazer isso, utilizaram um metrônomo atômico. Esse avanço pode permitir melhorias em fotossensores e energia voltaica.

Quando um elétron sai de um átomo — chamado de ionização, que pode ser ainda o movimento de adicioná-lo ao átomo —, ele oscila para cima e para baixo como uma onda em uma escala de tempo extremamente curta. A equipe formada por pesquisadores da TU Wein, na Áustria e do CREOL College, da Universidade da Flórida Central, fez o que parecia um desafio e tanto: medir essa oscilação mínima.

Medição ultraprecisa

Stefan Donsa, da TU Wien, ajudou a desenvolver o novo método de medição enquanto trabalhava em sua medição. Ele explica que a fase dessa onda de oscilação pode dizer em que ponto do espaço e do tempo estão localizadas. “Se duas ondas quânticas se sobrepõem de tal maneira que cada pico de uma onda encontra o pico da outra, então elas se somam. Mas se você mudar um pouco as ondas para que a crista de uma onda de sobreponha à calha da outra, elas também podem ser canceladas”, explica.

Para cronometrar as oscilações eletrônicas sem nenhuma mudança de fase, os cientistas criaram algo semelhante a um metrônomo quântico, o metrônomo atômico. Iva Brezinova, da TU Wien diz que já se estudam os átomos de hélio ionizados por pulsos de laser em diferentes energias por meio de simulações em computador, mas explica também que o átomo de hélio pode absorver um fóton do pulso do laser e emitir um elétron e este elétron possui uma fase específica extremamente difícil de medir.

(Foto: Getty Images)

Em geral, sob ionização, um átomo recebe apenas um fóton, mas a ionização multi-fotônica também é possível. Quando um átomo absorve dois fótons, o elétron que ele dispara possui uma energia muito específica e maior do que o normal. Ao medir essa energia cinética, é possível rastrear o elétron à medida que ele oscila.

O desenvolvimento do metrônomo atômico capaz de realizar esse rastreamento possibilitando a medição direta da fase de um elétron quando ele sai de um átomo é uma enorme inovação para a física. “Nosso novo protocolo de medição nos permite traduzir as informações sobre a fase eletrônica na sua distribuição espacial, combinando pulsos de laser muito especiais. Ao usar o tipo correto de pulsos de laser, as informações de fase podem ser obtidas diretamente da distribuição angular dos elétrons”, finaliza Donsa.