Físicos observam pela 1ª vez a estrutura orbital de um átomo

O que você está olhando é a primeira observação direta de um elétron em órbita de um átomo. Para capturar a imagem, os pesquisadores utilizaram um novo microscópio quântico – um dispositivo incrível que literalmente permite que os cientistas olhem para o reino quântico.

 Uma estrutura orbital é o espaço de um átomo que está ocupado por um elétron. Mas ao descrever essas propriedades super-microscópicas da matéria, os cientistas tiveram que confiar nas funções de onda – uma forma matemática de descrever os estados quânticos difusos de partículas, ou seja, como elas se comportam no espaço e no tempo. Normalmente, os físicos quânticos usam fórmulas como a equação de Schrödinger para descrever esses estados, muitas vezes chegando com números complexos e gráficos extravagantes.

Até este ponto, os cientistas nunca foram capazes de realmente observar a função de onda. Tentando obter um vislumbre da posição exata de um átomo ou a dinâmica de seu elétron solitário foi como tentar apanhar um enxame de moscas com uma mão. Observações diretas tem um jeito desagradável de perturbar a coerência quântica, já que a observação é capaz de alterar o estado de uma partícula. O que foi necessário para capturar um estado quântico completo é uma ferramenta que pode calcular a média estatisticamente de muitas medições ao longo do tempo.



Mas como ampliar os estados microscópicos de uma partícula quântica? A resposta, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores, é o microscópio quântico – um dispositivo que utiliza microscopia de fotoionização para visualizar as estruturas atômicas diretamente.

Depois de atirar pulsos de laser nos átomos, os elétrons ionizados escaparam e seguiram uma trajetória particular capturada por um detector 2D. Há muitas trajetórias que podem ser tomadas pelos elétrons para chegar ao mesmo ponto no detector, proporcionando aos pesquisadores um conjunto de padrões de interferência – padrões que refletem a estrutura da função de onda.

E os pesquisadores conseguiram fazer isso usando uma lente eletrostática que ampliou a onda eletrônica em mais de 20.000 vezes.