Cansado de seus relógios de pulso perdendo tempo com o passar dos anos? Um novo relógio atômico, que é o mais preciso de todos os tempos, usa átomos de itérbio e lasers para definir precisamente um segundo. Imagem via usuário do Flickr Earls37a
Se o relógio do seu pulso fosse lento em cinco minutos ao longo de um ano, você provavelmente não pensaria em nada disso. Mas cientistas e engenheiros contam com relógios atômicos ultra precisos para uma série de aplicações, e a busca por relógios cada vez mais precisos já dura milênios.
Agora, um grupo de pesquisadores liderados por Andrew Ludlow, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, definiu a fasquia mais alta do que nunca. Seu mais novo relógio atômico, revelado ontem, está previsto para se tornar impreciso em 1, 6 segundos depois de correr por um total de 10 a 18 segundos - ou, em outras palavras, ele perde um segundo inteiro ao longo de 50, 8 bilhões de anos .
No artigo que descreve seu relógio, os pesquisadores forneceram um par de analogias para esse nível de precisão: "é equivalente a especificar a idade do universo conhecido com uma precisão de menos de um segundo", escreveram, "ou o diâmetro da Terra para menos que a largura de um átomo. ”
Como todos os relógios, os relógios atômicos mantêm o tempo consistente baseando a duração de um segundo em um evento físico que acontece com regularidade. Enquanto os relógios mecânicos usam o balanço de um pêndulo para manter o tempo, os relógios atômicos usam um mecanismo que ocorre com ainda mais regularidade: a freqüência específica de luz necessária para fazer um átomo flutuar entre dois estados de energia (especificamente, ir de um estado fundamental em um estado excitado), que é sempre um valor uniforme. Por exemplo, o padrão internacional atual que define a duração de um segundo é de 9.192.631.770 ciclos da quantidade de radiação de microondas que faz com que os átomos de césio flutuem entre os dois estados de energia e no processo emitem a maior quantidade de luz possível.
Alguns fatores, no entanto, podem distorcer até mesmo as medições mais cuidadosas dessa freqüência. O que os pesquisadores por trás desse novo relógio fizeram foi criar um design inovador (usando um elemento diferente) que minimiza essas distorções mais do que qualquer relógio anterior.
Seu design, chamado de "relógio óptico de treliça", prende os átomos de itérbio dentro de uma caixa treliçada de feixes de laser. Mantidos no lugar, os átomos são bombardeados por um segundo tipo de laser, que força seus elétrons a saltarem em nível de energia. Um sensor verifica se todos os átomos atingem o nível de energia mais alto, e a freqüência de luz precisa necessária para forçá-los a fazê-lo é então convertida no comprimento exato de um segundo.
Normalmente, qualquer ligeiro movimento físico dos átomos, à medida que são bombardeados, pode levar a mudanças sutis na frequência de luz necessária para elevar seu nível de energia (resultado do deslocamento Doppler), jogando fora a precisão do relógio. Mas, como descrito no MIT Technology Review, onde as notícias do relógio foram publicadas pela primeira vez, a caixa de feixes de laser “mantém os átomos em uma empunhadura que minimiza qualquer efeito Doppler”. Além disso, a rede intercepta um número relativamente grande. de átomos (entre 1.000 e 1.000.000) em comparação com a maioria dos relógios atômicos, então a média da quantidade de radiação necessária para elevar cada um deles ao nível de energia mais alto fornece um valor mais preciso da freqüência precisa da radiação, que é usada para definir o tempo.
Comparando dois desses relógios juntos, os autores descobriram algo notável - cada “tick” mede intervalos de tempo tão perfeitamente que um relógio só fica atrás do tempo verdadeiro em um décimo de segundo quando nosso Sol envolve a Terra à medida que ela evolui para um vermelho gigante cerca de 5 bilhões de anos a partir de agora.
Este novo relógio - e o refinamento gradual dos relógios atômicos como um todo - pode parecer uma busca puramente acadêmica, mas, na realidade, há uma tonelada de aplicações muito úteis da tecnologia. Tome, por exemplo, o aplicativo "mapas" em seu telefone. Sem a capacidade de sincronizar os relógios em grandes distâncias, o sistema GPS não poderia funcionar, porque depende da comparação exata do tempo que os sinais levam para viajar de vários satélites diferentes para o seu dispositivo habilitado para GPS.
Futuras buscas que poderiam usar este novo avanço na tecnologia de relógio atômico poderiam estar dentro da ciência da geodésia, que procura medir com precisão pequenas mudanças na forma da Terra e seu campo gravitacional ao longo do tempo. Todos os relógios marcam a velocidades infinitamente mais lentas ao nível do mar do que a uma milha de altura, porque a força da gravidade é mais forte quando mais perto da Terra. Atualmente, com os relógios atômicos mais sofisticados, essa diferença de velocidade só pode ser medida quando a elevação muda em milhares de metros, mas com o novo relógio eles serão detectados quando o relógio é levantado ou abaixado por um mero centímetro, fazendo com que o sistema potencialmente útil para medir pequenas mudanças na espessura do gelo da geleira ou a elevação das cordilheiras ao longo do tempo, à medida que as placas tectônicas colidem.
