Experimento torna salto quntico de eltron visvel a olho nu

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/06/2021

Natureza fundamental do eltron

Um experimento indito permitiu que fsicos observassem a absoro de um nico eltron por uma gota de silicone com uma ampliao tal que o fenmeno ficou visvel a olho nu, com o salto quntico do eltron podendo ser medido com uma rgua milimetrada comum.

A comprovao experimental da natureza fundamental do eltron – a prova de que a carga do eltron quantizada, ou seja, que ele possui uma quantidade mnima e indivisvel de carga eltrica – foi feita em 1909 por Robert Millikan. A demonstrao envolveu deixar centenas de gotculas eletricamente carregadas carem em um campo eltrico e ento fazer uma anlise estatstica do seu movimento.

“Agora criamos uma verso moderna desse experimento clssico levitando uma nica gota no ar usando um laser,” contou Javier Marmolejo, da Universidade de Gotemburgo, na Sucia.

A novidade notvel deste experimento que a quantizao da carga eltrica ficou diretamente visvel pela primeira vez, sem equipamentos avanados e sem nem mesmo a tradicional anlise estatstica – uma visualizao direta do salto quntico do eltron.

Salto quntico do eltron

Em vez de deixar gotas carem, a equipe usou levitao ptica para criar uma verso de uma nica gota do experimento de Millikan.

Um laser foi usado para levitar no ar uma gota de leo de silicone com 29 micrmetros de dimetro. O ponto focal do laser – e, portanto, a gota – foi colocado entre dois eletrodos paralelos, separados por 1 mm. Entre essas placas, foi aplicada uma diferena de potencial de 666 volts, o que criou um forte campo eltrico. Finalmente, radiao alfa (ncleos de hlio) foi direcionada para a gota quase sem carga, ionizando o ar ao seu redor.

Quando a gota ganha ou perde um eltron, a fora aplicada pelo campo eltrico muda, o que por sua vez muda a posio da gota – um salto quntico. Os efeitos foram ampliados 73 vezes por uma lente comum e projetados em uma parede. Com esta ampliao, os movimentos micromtricos da gota so vistos a olho nu.

Para completar o show, uma rgua milimetrada comum foi colocada na parede, onde os pesquisadores puderam observar diretamente o nmero de eltrons que a gota ganhava – ela salta cerca de 1 mm por eltron adicionado. Em outras palavras, saltos qunticos autnticos vistos a olho nu.

Esquema do experimento.
[Imagem: Javier Tello Marmolejo et al. – 10.1038/s41598-021-89714-2]

Comunicao da cincia

A equipe estima que a pequena gotcula de silicone tenha cerca de 3,7 x 10¹⁵ eltrons. Ou seja, a proeza realmente incrvel quando se considera que o experimento faz com que o efeito da adio de um nico eltron a uma gota que j possui 3.700.000.000.000.000 eltrons seja visvel a olho nu.

A equipe destaca que seu criativo experimento representa uma nova oportunidade para comunicar melhor a cincia a respeito das partculas elementares para o pblico.

“As etapas foram opticamente ampliadas em uma parede e filmadas. Prevemos que o vdeo dessas adies de um nico eltron pode se tornar uma demonstrao direta da quantizao de carga para o pblico em geral,” escreveu a equipe.

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