Investigadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear em Heidelberg, Alemanha, registraram movimentos de vibração e rotação nos núcleos de uma molécula de hidrogênio, como um padrão de ondas mecânico-quânticas.
Os cientistas “fotografaram” a molécula utilizando pulsos de laser intensivos, ultracurtos, em diferentes momentos, e compilaram um filme a partir das imagens. Isto lhes permitiu visualizar o padrão de ondas mecânico-quânticas da molécula, que “vibra” e “gira”. (Physical Review Letters, 6 de Novembro de 2006).
Uma molécula de hidrogênio é cerca de 5.000 vezes menor que a longitude de onda da luz visível e, portanto, não é possível criar uma imagem óptica propriamente dita de tal molécula.
Os dois núcleos na molécula de hidrogênio vibram de forma tão rápida que, comparativamente, a luz visível somente vibra cinco vezes no mesmo tempo. De todo modo, como na fotografia, criar uma imagem nítida de eventos rápidos requer um tempo de exposição extremamente curto.
Para encurtar o tempo de exposição, os investigadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear desenvolveram um aparato de “bombardeio-sondagem” com uma duração do pulso laser de somente seis a sete femtosegundos, o que permite pela primeira vez medir o movimento molecular continuamente. Em comparação, um raio de luz, que pode orbitar a Terra cerca de oito vezes em um segundo, somente percorre dois milésimas de milímetro em sete femtosegundos. Os cientistas tiveram que superar tremendos desafios técnicos para consegui-lo. Mantiveram o intervalo entre os pulsos laser estável dentro de 0,3 femtosegundos. A luz só percorre 100 nanômetros neste tempo.
Por esta razão, se evitou que os componentes ópticos do experimento se movessem dentro de um raio de mais de 500 átomos de diâmetro em relação uns aos outros enquanto se efetuava a medição.
Para a medição, os investigadores utilizaram moléculas de deutério, um composto de dois átomos de hidrogênio pesado. Estas moléculas nao estão excitadas energeticamente. O primeiro pulso laser de bombardeio remove um elétron de uma molécula de deutério e esta é ionizada. Ajustando-se à nova situação, os dois núcleos da molécula ionizada de deutério se afastam e vibram ao redor de uma nova posição de equilíbrio. Esse pulso de bombardeio também faz “girar” a molécula.
Com o seguinte pulso laser de sondagem os cientistas extraem um segundo elétron da molécula; como agora não há mais elétrons disponíveis, os núcleos carregados positivamente se repelem entre si, e os restos da molécula se rechaçam violentamente; quanto mais próximos os dois núcleos entre si quando ocorre a segunda ionização, mais violenta é a “explosão”.
Os investigadores, então, medem a energia dos dois núcleos de deutério, a partir do que eles calculam a distância entre eles e suas posições no momento da “explosão”.
Modificando o intervalo entre o pulso de bombardeio e o subseqüente pulso de sondagem, é possível uma fotografia instantânea do movimento do núcleo a diferentes tempos (fig. 1).
Fig.1: Cada ponto na imagem representa um ângulo específico entre a polarização do laser e o eixo molecular a uma distancia específica dos núcleos de deutério.
Crédito: Instituto Max Planck de Física Nuclear.
Uma seqüência das imagens separadas produz um “filme molecular”, o que dá uma noção acerca da dinâmica molecular.
Em termos de mecânica quântica, os núcleos de deutério que vibram são equivalentes a um padrão de ondas que comporta como um sistema compacto e que, depois de certo tempo se rompe.
Isto pode ver-se na fig.2.
Fig. 2: Padrão de ondas ao longo de um período de tempo. A distância entre os núcleos de deutério (R) é traçado ao longo do tempo.
Crédito: Instituto Max Planck de Física Nuclear
No começo, o movimento medido do padrão de ondas (e portanto no núcleo) é bem localizável. Após aproximadamente 100 femtosegundos, a estrutura se torna borrosa, confusa, ou deslocalizada.
Os físicos puderam criar uma imagem deste “colapso”. Ademais, também registraram como se deu o “reagrupamento” depois de aproximadamente 400 femtosegundos: houve um “revival”.
O próximo alvo da “filmagem” será com moléculas de metano.
Um vídeo pode ser visto em:
http://www.mpg.de/video/movie_D2.avi Fonte: Instituto Max Planck de Física Nuclear
Fonte da notícia: Physorg.com:
http://www.physorg.com/news82211420.html
Tópico: Registro de dinâmica molecular (Lida 696 vezes)