25-01-2024
Na foto, detalhe do gráfico "Espectros experimentais e ajustes"
Uma equipa internacional de investigadores, da qual fazem parte investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade NOVA de Lisboa | NOVA FCT, mediu a energia de uma transição eletrónica com um nível de precisão sem precedentes, de 37 partes por milhão (ppm). Este valor vai permitir testar a teoria física que descreve a interação entre a luz e a matéria, a eletrodinâmica quântica, normalmente conhecida pelo acrónimo inglês QED (“Quantum electrodynamics”), num regime de campos eletromagnéticos de elevada intensidade.
As experiências utilizaram iões U90+, iões com um núcleo de urânio (o elemento natural mais pesado) e dois eletrões, e foram realizadas no GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Alemanha, um dos poucos centros de investigação do mundo capazes de produzir estes sistemas físicos.
Este trabalho de investigação contou com a colaboração de 34 investigadores, provenientes da Alemanha, França, Polónia, Reino Unido e Portugal. Os três investigadores portugueses são do Departamento de Física da NOVA FCT, de Lisboa (Jorge Machado, Mauro Guerra e José Paulo Santos, o coordenador).
A teoria QED tem numerosas aplicações no mundo do dia-a-dia. Estas incluem a espetroscopia atómica, lasers, fotónica e a descrição das propriedades de substâncias químicas como o ouro e o mercúrio. Embora algumas destas aplicações possam ser explicadas utilizando teorias físicas menos sofisticadas, é necessário recorrer à teoria QED para obter resultados teóricos de elevada precisão e previsibilidade. O desenvolvimento e a compreensão da QED conduziram também a avanços em domínios como a engenharia nuclear, a astronomia e a computação quântica.
Não obstante a teoria QED ser considerada como a teoria quântica mais bem testada da física moderna, os estudos têm sido sobretudo realizados no domínio dos campos eletromagnéticos de intensidade relativamente baixa devidos a átomos e iões leves. No domínio de campos eletromagnéticos muito intensos, tais como os dos iões mais pesados e altamente carregados, os cálculos da QED necessitam de ser feitos de forma qualitativamente diferente e mais complexa, pelo que a correspondente validação pela experiência assume um papel primordial.
A medida da energia da transição eletrónica foi obtida com uma precisão de 37 partes por milhão (ppm). Estre resultado permite separar e testar separadamente os efeitos de ordem superior da teoria QED de um eletrão e os termos de interação eletrão-eletrão ligados sem a incerteza relacionada com o raio nuclear. Além disso, os resultados experimentais permitem discriminar entre várias abordagens teóricas e fornecem uma referência importante para cálculos no domínio do campo forte.
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