Um grupo de físicos anunciou um dos relógios atômicos de maior desempenho já feitos.
Diz-se que o instrumento mede o tempo com tanta precisão que perderá apenas um segundo a cada 300 bilhões de anos, permitindo medições mais exatas de ondas gravitacionais, matéria escura e outros fenômenos físicos. Um estudo baseado na pesquisa liderada por UW-Madison foi publicado quarta-feira (16 de fevereiro) na revista Nature.
“Relógios de treliça óptica já são os melhores relógios do mundo, e aqui temos esse nível de desempenho que ninguém viu antes”, disse Shimon Kolkowitz, professor de física da Universidade de Wisconsin-Madison e autor sênior do estudo . “Estamos trabalhando para melhorar seu desempenho e desenvolver aplicativos emergentes que sejam habilitados para trabalhar com esse nível de precisão”.
De um modo geral, os relógios atômicos são relógios que rastreiam as ressonâncias das frequências dos átomos, geralmente os átomos de césio ou rubídio. Esse processo permite que esses relógios meçam o tempo com um alto grau de precisão. O Deep Space Atomic Clock da NASA é um exemplo de experimento baseado no espaço, que testou a tecnologia em órbita por dois anos.
Os relógios atômicos funcionam rastreando os níveis de energia dos elétrons. Quando um elétron muda de nível de energia, ele absorve ou emite luz com uma frequência idêntica para todos os átomos de um determinado elemento. Relógios atômicos ópticos mantêm o tempo usando um laser que é ajustado para corresponder precisamente a essa frequência, e eles exigem alguns dos lasers mais sofisticados do mundo para manter o tempo preciso.
O novo estudo criou um relógio multiplexado, que separava os átomos de estrôncio em uma linha em uma única câmara de vácuo. A equipe usou um “laser relativamente ruim”, como Kolkowitz o chamou, que ainda conseguiu produzir níveis recordes de precisão na medição.
Se eles apontassem o laser em apenas um único relógio, o laser excitava elétrons no mesmo número de átomos por apenas um décimo de segundo. Mas com dois relógios ao mesmo tempo, os átomos ficaram excitados por 26 segundos.
“Normalmente, nosso laser limitaria o desempenho desses relógios”, disse Kolkowitz. “Mas como os relógios estão no mesmo ambiente e experimentam exatamente a mesma luz laser, o efeito do laser desaparece completamente.”
O grupo então tentou medir as diferenças entre os relógios com precisão, porque dois grupos de átomos em ambientes ligeiramente diferentes “marcarão” em taxas diferentes devido a mudanças nos campos magnéticos ou na gravidade. A equipe executou o experimento mais de 1.000 vezes para medir a diferença, encontrando mais precisão nessa medição ao longo do tempo.
Em última análise, os pesquisadores detectaram uma diferença na taxa de tique-taque entre dois relógios atômicos “que corresponderia a eles discordarem um do outro por apenas um segundo a cada 300 bilhões de anos – uma medida de cronometragem de precisão que estabelece um recorde mundial para dois relógios separados espacialmente, “, disse a universidade.
Coincidentemente, um estudo não relacionado na mesma edição da Nature publicou uma diferença de frequência entre a parte superior e inferior de uma nuvem dispersa de átomos cerca de 10 vezes melhor do que o grupo UW-Madison.
O outro estudo, liderado por um instituto de pesquisa no Colorado chamado JILA (anteriormente conhecido como Joint Institute for Laboratory Astrophysics), estabeleceu o recorde mundial geral para a diferença de frequência mais precisa. O grupo UW-Madison vem em segundo lugar.
“O incrível é que demonstramos um desempenho semelhante ao do grupo JILA, apesar do fato de estarmos usando um laser de ordem de magnitude pior”, disse Kolkowitz. “Isso é realmente significativo para muitas aplicações do mundo real, onde nosso laser se parece muito mais com o que você levaria para o campo”.
Fonte:
https://www.space.com/atomic-clock-one-second-300-billion-years
