Pesquisa de moléculas quirais alcança separação quase completa em estados quânticos

Em um estudo intitulado “Seleção quiral quase completa em estados quânticos rotacionais” publicado em Comunicações da Naturezao Controlled Molecules Group do Departamento de Física Molecular do Instituto Fritz Haber deu um salto significativo no campo das moléculas quirais. A equipe, liderada pela Dra. Sandra Eibenberger-Arias, alcançou uma separação quase completa em estados quânticos para esses componentes essenciais da vida.

Esta descoberta desafia suposições anteriores sobre os limites práticos do controle de estado quântico de moléculas quirais e abre caminho para novas direções de pesquisa em física molecular e além.

Moléculas quirais, que existem como duas versões de imagem espelhada não sobreponíveis chamadas enantiômeros, semelhantes às nossas mãos esquerda e direita, são fundamentais para o tecido da vida. A capacidade de controlar essas moléculas e seus estados quânticos tem implicações profundas, desde a separação espacial de enantiômeros na fase gasosa até o teste de hipóteses sobre as origens da homoquiralidade da vida — a preferência por uma imagem espelhada sobre a outra em sistemas biológicos.

Até agora, a comunidade científica acreditava que o controle perfeito sobre os estados quânticos dessas moléculas era teoricamente possível, mas praticamente inatingível. A equipe do Instituto Fritz Haber, no entanto, provou o contrário. Ao criar condições experimentais quase ideais, eles mostraram que uma pureza de 96% no estado quântico de um enantiômero (uma das duas imagens espelhadas) é atingível, com apenas 4% do outro, se movendo significativamente mais perto da meta de 100% de seletividade.

Esse avanço foi possível por meio do uso de campos de micro-ondas personalizados combinados com radiação ultravioleta, permitindo um controle sem precedentes sobre as moléculas. No experimento, um feixe de moléculas, com seus movimentos rotacionais em sua maioria suprimidos (resfriados a uma temperatura rotacional de aproximadamente 1 grau acima do zero absoluto), atravessa três regiões de interação onde é exposto à radiação UV ressonante e de micro-ondas. Como resultado, marcando um avanço significativo em experimentos de feixe molecular, estados quânticos rotacionais escolhidos contêm quase exclusivamente o enantiômero selecionado de uma molécula quiral.

O novo experimento abre novas possibilidades para estudar efeitos fundamentais da física e da química envolvendo moléculas quirais. O método da equipe oferece uma nova avenida para explorar a violação de paridade em moléculas quirais — um fenômeno previsto pela teoria, mas ainda não observado experimentalmente. Isso pode ter implicações profundas para nossa compreensão das (a)simetrias fundamentais do universo.

Em essência, este estudo mostra que uma transferência de estado quase completa, específica do enantiômero, é possível e que este método pode ser aplicado à grande maioria das moléculas quirais. Espera-se que esta descoberta abra novas oportunidades importantes na física molecular, incluindo novas abordagens de pesquisa e potenciais aplicações.