Físicos filmam pela primeira vez a rotação de uma molécula

Imagine filmar um evento, que ocorre em 125 trilhões de segundo? Parece impossível, né? Não mais. Por quê? Porque, recentemente, um grupo de Física Atômica e Molecular alcançou tal objetivo. Uma equipe internacional de cientistas, composta por quatro instituições diferentes, conseguiu capturar, em vídeo, a rotação ultrarrápida de uma molécula. Sabe como? Usando pulsos de laser, combinados com precisão, 

De acordo com o físico do Centro de Laser de Elétrons Livres (CFEL), Jochen Küpper, a filmagem é apenas um projeto piloto. No entanto, para o físico, esse é um grande passo para a comunidade científica. Como explica  Küpper, “o nível de detalhe que se conseguiu alcançar indica que o método poderia ser usado para produzir filmes instrutivos sobre a dinâmica de outros processos e moléculas”.

O vídeo é composto por 651 fotos. As fotos foram montadas sequencialmente. A junção mostra uma revolução exponencial do sulfeto de carbonila (COS)n ocorrendo em 125 trilionésimos de segundo, com uma alta resolução temporal e espacial. Resumidamente, o COS é uma molécula, em formato de bastonete, que consiste de um átomo de oxigênio, um de carbono e um de enxofre.

“Por muito tempo, os físicos moleculares sonhavam em filmar o movimento ultrarrápido dos átomos, durante processos dinâmicos”, explica Küpper. O processo nunca havia sido realizado antes, por um único motivo. 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. 

No entanto, ainda de acordo com o pesquisador, “os processos que estamos observando, por serem governados pela mecânica quântica, se comportam de maneira diferente”. Por esse motivo, a equipe de Küpper optou por uma outra abordagem.

O processo

O grupo de cientistas usou dois pulsos de laser de luz infravermelha. Tais pulsos foram sintonizados um com o outro, com precisão, e separados por 38 trilionésimos de segundo (picossegundos). Tudo isso para fazer com que as moléculas de sulfeto de carbonila girassem rapidamente em uníssono. 

Depois de todo o processo, a equipe utilizou mais um pulso de laser. Aqui, o pulso foi maior que o comprimento de onda. Com isso, foi possível determinar a posição das moléculas, em intervalos de cerca de 0,2 trilionésimo de segundo cada. Como explica o cientista, “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”.

As características peculiares da mecânica quântica podem ser vistas em diversas imagens do vídeo. É possível observar quando a molécula não aponta simplesmente para uma direção, mas sim em várias direções, ao mesmo tempo. “É precisamente essas direções e probabilidades que imaginamos experimentalmente neste estudo”, diz o pesquisador molecular, Arnaud Rouzée, do Instituto Max Born, em Berlim, e um dos integrantes da equipe de pesquisadores.

Os pesquisadores acreditam que esse método pode ser usado também para outras moléculas e processos, como por exemplo, para estudar torções de moléculas ou de compostos quirais — ou seja, compostos que existem em duas formas, sendo que uma é a imagem espelhada da outra, como as mãos esquerda e direita de um ser humano.