Cientistas brasileiros constroem menor colisor de partículas do mundo

Antonio Carlos Quinto - Agência USP - 19/12/2006

O atomotron é o menor colisor de partículas do mundo.
[Imagem: Ag.USP]

Armadilha de átomos

Na USP de São Carlos, cientistas estão conseguindo verificar detalhes antes invisíveis da colisão de átomos. Isto está sendo possível com o Atomotron, um anel de átomos de apenas 0,5 milímetro (mm) de raio, considerado o menor colisor de partículas do mundo.

"É uma espécie de armadilha que mantém os átomos aprisionados e faz com que eles caminhem um atrás do outro," conta professor Vanderlei Bagnato, do Instituto de Física da USP de São Carlos (IFSC). Todo o processo acontece em velocidades bem próximas de zero, alguns centímetros por segundo, e em baixíssimas temperaturas (alguns milionésimos de graus acima do zero absoluto).

Para o resfriamento são utilizados feixes de luz laser, num sistema de vácuo. Após o resfriamento, outros feixes de laser são aplicados para estabelecer o que se pode chamar de "ordem unida" para os átomos. "É quando eles passam a 'caminhar em fila', possibilitando que observemos as colisões por outros tipos de feixes de luz", explica o professor.

Na temperatura ambiente, os átomos caminham em todas as direções e colidem em velocidades maiores. "Isso torna impossível sabermos o que acontece durante a colisão", justifica Bagnato.

Menor colisor do mundo

O Atomotron é o menor colisor de partículas do mundo e o que trabalha com menor quantidade de energia, ao contrário dos mega aceleradores, que servem para observar o que acontece com a matéria em altíssimas energias.

Trata-se de uma armadilha de átomos resfriados formada por um anel gasoso com milhões de partículas frias de rubídio que se movem muito lentamente, e em fila. De maneira controlada, cada átomo se choca contra a partícula seguinte.

No interior do anel, produzido pela ação de um campo magnético e de laseres que incidem sobre a nuvem de rubídio, todos os esbarrões entre os átomos apresentam o mesmo eixo de colisão. Os choques sempre ocorrem na direção tangente ao anel. "Em outros tipos de armadilha, os encontrões entre os átomos acontecem de todas as maneiras possíveis", explica Bagnato.

Segundo Bagnato, os átomos frios são estudados há cerca de 15 anos. "Aqui no IFSC nosso grupo é um dos pioneiros em todo o mundo", afirma. Ele explica que na técnica convencional denominada nuvem de átomos frios, eles estão colidindo como se fosse dentro de uma caixa. "Todos caminham e se encontram em todas as direções. No Atomotron os átomos colidem apenas no sentido de seu movimento. Os encontros atômicos são unidimensionais", define o cientista.

Atomotron Duplo

O professor Bagnato, juntamente com o professor Luís Gustavo Marcassa, também do IFSC, está agora trabalhando no desenvolvimento de um Atomotron Duplo.

"Ele será composto de dois tipos de átomos, permitindo ver a formação de moléculas contendo átomos diferentes", explica Bagnato, lembrando que os resultados dos experimentos com os átomos de rubídio foram publicados em 2005 na revista internacional Physical Review Letters. As pesquisas desenvolvidas no Cepof chamaram a atenção de pesquisadores franceses, interessados nesse tipo de trabalho.

Entre as aplicações desses estudos, o professor destaca as pesquisas que vêm sendo feitas com o relógio atômico, recentemente desenvolvido no Cepof. "Para uma boa realização desses relógios é necessário que entendamos todos os aspectos que provoquem desvio das freqüências. As colisões atômicas estão entre esses efeitos", define Bagnato.