Uma equipa de físicos liderada pelo professor Dong Eon Kim, da POSTECH, em colaboração com o Instituto Max Planck na Alemanha, alcançou um marco na compreensão da mecânica quântica. Num estudo recentemente publicado na revista científica Physical Review Letters, os investigadores revelaram pela primeira vez o que acontece exatamente quando os eletrões atravessam barreiras de energia que, de acordo com a física clássica, deveriam ser intransponíveis.
Este fenómeno, conhecido como efeito de túnel quântico, é um processo central para o funcionamento dos semicondutores. É graças a esta mecânica que os telemóveis e computadores atuais operam, tendo também um papel crucial na fusão nuclear que alimenta o Sol. Até agora, a ciência apenas compreendia o estado dos eletrões antes e depois de atravessarem o túnel, mas o que ocorria no interior da barreira permanecia completamente desconhecido.
Colisões no interior da barreira de energia
Para investigar o processo, a equipa recorreu a poderosos impulsos de laser para forçar a passagem dos eletrões. O que descobriram foi surpreendente: em vez de simplesmente deslizarem através do obstáculo, os eletrões colidem novamente com o núcleo atómico enquanto ainda se encontram no interior da barreira. O processo foi batizado pelos investigadores como recolisão sob a barreira (UBR). Esta descoberta desafia a crença antiga de que os eletrões apenas interagem com o núcleo depois de saírem do túnel.
O estudo focou-se no túnel não adiabático em ionização de campo forte, testado através de uma ampla gama de intensidades de laser. O novo modelo UBR previu dois resultados fundamentais: primeiro, que as ressonâncias de Freeman de alta ordem dominariam sobre a ionização acima do limiar nos espetros de energia, e segundo, que o sinal destas ressonâncias permaneceria plano independentemente das mudanças na intensidade do laser. As experiências confirmaram ambas as previsões, evidenciando níveis de ionização muito superiores aos de processos anteriores e oferecendo uma imagem mais clara da dinâmica de todo o evento.
Impacto no desenvolvimento tecnológico
O professor Dong Eon Kim explicou a importância do trabalho referindo que o estudo permitiu encontrar pistas sobre a forma como os eletrões se comportam ao passar pela parede atómica, acrescentando que agora é possível compreender o efeito de túnel de forma mais profunda e controlá-lo como desejado.
A resolução deste enigma com mais de um século abre portas a avanços práticos assinaláveis. Uma melhor compreensão deste fenómeno pode ajudar a otimizar tecnologias dependentes da mecânica quântica, tais como os próprios semicondutores, sistemas quânticos e lasers ultrarrápidos. O domínio deste comportamento atómico dita um caminho promissor para o desenvolvimento de dispositivos mais rápidos e eficientes, explorando novas possibilidades na física que outrora eram consideradas impossíveis.
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