Pesquisadores lançam o relógio atômico mais preciso e preciso até hoje, ele muda um segundo a cada 30 bilhões de anos
Pesquisadores lançam o relógio atômico mais preciso e preciso até hoje, ele muda um segundo a cada 30 bilhões de anos
Os pesquisadores construíram um relógio atômico que é mais preciso e preciso do que qualquer relógio anterior. Pela primeira vez, este relógio pode detectar os efeitos da gravidade previstos pela teoria da relatividade geral em escala microscópica. O relógio é a mais recente demonstração de que é possível uma definição muito mais precisa do segundo oficial e de que novas aplicações de relógios são viáveis.
O relógio atômico mais preciso do mundo abre novas fronteiras na física
Na busca incansável da humanidade pela perfeição, os cientistas desenvolveram um relógio atômico que é mais preciso e exato do que qualquer relógio criado anteriormente. O novo relógio foi construído por pesquisadores da JILA, uma instituição conjunta do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e da Universidade do Colorado em Boulder.
Capaz de permitir uma navegação precisa na vasta extensão do espaço, bem como a procura de novas partículas, este relógio é o mais recente a transcender a mera medição do tempo. Com a sua maior precisão, estes relógios da próxima geração poderão revelar depósitos minerais subterrâneos ocultos e testar teorias fundamentais, como a relatividade geral, com um rigor sem precedentes. Para os arquitetos de relógios atômicos, não se trata apenas de construir um relógio melhor; Trata-se de desvendar os segredos do universo e abrir caminho para tecnologias que moldarão o nosso mundo durante gerações.
Redefinindo o segundo
A comunidade científica global está a considerar redefinir a segunda, a unidade internacional de tempo, com base nestes relógios atómicos ópticos de próxima geração. Os relógios atômicos atuais usam microondas para medir o segundo, iluminando os átomos. Esta nova geração de relógios ilumina os átomos com ondas de luz visível, que possuem uma frequência muito maior, permitindo contar os segundos com maior precisão. Em comparação com os actuais relógios de microondas, espera-se que os relógios ópticos ofereçam uma precisão muito maior para a cronometragem internacional, perdendo potencialmente apenas um segundo a cada 30 mil milhões de anos.
Mas antes que esses relógios atômicos possam operar com tamanha precisão, eles precisam ter uma precisão muito alta; Em outras palavras, eles devem ser capazes de medir frações de segundo extremamente pequenas. Alcançar alta precisão e alta exatidão pode ter vastas implicações.
Pego no tempo
O novo relógio da JILA utiliza uma rede de luz conhecida como “rede óptica” para capturar e medir dezenas de milhares de átomos individuais simultaneamente. Ter uma matriz tão grande oferece uma enorme vantagem em precisão. Quanto mais átomos forem medidos, mais dados o relógio terá para obter uma medição precisa do segundo.
Para alcançar um desempenho recorde, os pesquisadores do JILA usaram uma “grade” de luz laser mais rasa e suave para capturar átomos, em comparação com relógios de grade óptica anteriores. Isso reduziu significativamente duas fontes principais de erro: os efeitos da luz laser que prende átomos e átomos que colidem entre si quando estão muito próximos.
Os pesquisadores descrevem seu progresso em Cartas de Revisão Física.
Medindo a relatividade nas menores escalas
Este relógio é tão preciso que pode detectar pequenos efeitos previstos por teorias como a relatividade geral, mesmo em escala microscópica. É ultrapassar os limites do que é possível na medição do tempo.
Jun Ye, físico do NIST e JILA.
A relatividade geral é a teoria de Einstein que descreve como a gravidade é causada pela deformação do espaço e do tempo. Uma das principais previsões da relatividade geral é que o próprio tempo é afetado pela gravidade: quanto mais forte o campo gravitacional, mais lento o tempo passa.
Este novo design de relógio pode permitir a detecção de efeitos relativísticos na medição do tempo na escala submilimétrica, aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano. Aumentar ou abaixar o relógio nessa distância minúscula é suficiente para que os pesquisadores discernam uma pequena mudança no fluxo do tempo causada pelos efeitos da gravidade.
Esta capacidade de observar os efeitos da relatividade geral à escala microscópica pode preencher significativamente a lacuna entre o reino quântico microscópico e os fenómenos de grande escala descritos pela relatividade geral.
Navegação espacial e avanços quânticos
Relógios atômicos mais precisos também permitem uma navegação e exploração mais precisas no espaço. À medida que os humanos se aventuram cada vez mais no sistema solar, os relógios precisarão manter a hora precisa em grandes distâncias. Mesmo pequenos erros de tempo podem levar a erros de navegação que aumentam exponencialmente à medida que você viaja.
Se quisermos pousar uma espaçonave em Marte com precisão milimétrica, precisaremos de relógios muito mais precisos do que os que temos hoje no GPS. Este novo relógio é um passo importante para tornar isso possível.
Jun Ye
Os mesmos métodos usados para capturar e controlar átomos também poderiam produzir avanços na computação quântica. Os computadores quânticos precisam ser capazes de manipular com precisão as propriedades internas de átomos ou moléculas individuais para realizar cálculos. O progresso no controle e medição de sistemas quânticos microscópicos avançou significativamente neste esforço.
Ao aventurarem-se no domínio microscópico onde as teorias da mecânica quântica e da relatividade geral se cruzam, os investigadores estão a abrir a porta para novos níveis de compreensão sobre a natureza fundamental da própria realidade. Desde as escalas infinitesimais onde o fluxo do tempo é distorcido pela gravidade, até às vastas fronteiras cósmicas onde a matéria escura e a energia escura têm influência, a precisão requintada deste relógio promete iluminar alguns dos mistérios mais profundos do universo.
Estamos explorando as fronteiras da ciência da medição. Quando você consegue medir as coisas com esse nível de precisão, você começa a ver fenômenos sobre os quais só conseguimos teorizar até agora.
Jun Ye
Através de www.nist.gov