À esquerda, o Sistema Solar, com Júpiter e seus dois grupos de
asteroides troianos. À direita, o elétron-onda, mantido concentrado pela
influência de um campo eletromagnético.
Modelo de Bohr
Físicos construíram um modelo preciso de uma parte do Sistema Solar no interior de um único átomo de potássio.
Eles fizeram com que um elétron orbitasse o núcleo do átomo
exatamente da mesma forma que os asteroides troianos de Júpiter orbitam o
Sol.
Os átomos são comumente representados como sistemas planetários, graças ao modelo criado por Niels Bohr em 1913.
Contudo, apesar de o modelo de Bohr ser bem ilustrativo, a mecânica
quântica estabelece que o elétron pode ser encontrado em muitos lugares,
o que transforma sua órbita em um espaço grande, difuso e incerto.
Na física quântica, o elétron é definido como uma onda, ou uma "nuvem
de probabilidades". Simplesmente não faz sentido perguntar qual é a
"posição real" de um elétron, porque ele está situado em todas as
direções possíveis ao redor do núcleo ao mesmo tempo.
Átomo planetário
Mas, curiosamente, os cientistas da Áustria e dos Estados Unidos
descobriram que, afinal de conta, os átomos têm algo em comum não apenas
com os sistemas planetários, mas com o nosso Sistema Solar em
particular.
Mais especificamente, eles descobriram que um tipo especial de átomo pode simular os asteroides troianos de Júpiter, asteroides que viajam à frente e atrás do planeta, em pontos de equilíbrio gravitacional conhecidos como pontos de Lagrange.
Da mesma forma que Júpiter estabiliza a órbita dos seus asteroides
troianos, a órbita dos elétrons ao redor do núcleo atômico pode ser
estabilizada usando um campo eletromagnético.
No experimento, a influência estabilizadora da gravidade de Júpiter
foi substituída por um campo magnético precisamente ajustado. O campo
oscila precisamente com a frequência correspondente ao período orbital
do elétron ao redor do núcleo.
Isso estabelece um ritmo para o elétron, de forma que o elétron-onda é mantido em um ponto específico por um longo tempo.
Com isto, o elétron pode até mesmo ser empurrado para outra órbita -
mais ou menos como se os asteroides troianos de Júpiter fossem
subitamente forçados a orbitar Saturno.
Maior átomo do mundo
Para fazer isto, o grupo usou um raio laser para excitar o elétron
mais externo do átomo de potássio para números quânticos - descritivos
da "órbita" do elétron - entre 300 e 600, criando um assim chamado átomo
de Rydberg.
Isto significa que eles construíram um átomo gigante, eventualmente o
maior átomo do mundo - o elétron orbita o núcleo a uma distância tão
grande que o átomo inteiro ficou do tamanho do pingo desta letra "i".
Os cientistas se entusiasmaram com o feito, e agora planejam preparar
átomos com vários elétrons se movendo em órbitas planetárias ao mesmo
tempo.
Isto permitirá que eles estudem como o mundo quântico dos objetos em
escala atômica correspondem ao mundo clássico, como nós o percebemos com
nossos sentidos.
"A zona de transição entre a mecânica quântica e a física clássica é a mais fascinante e menos compreendida fronteira da física," afirmou Joseph Eberly, membro da equipe.
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