Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China supostamente construíram um relógio óptico com estabilidade e incerteza de menos de cinco quintilionésimos de segundo . O relógio perderá ou ganhará um segundo nos próximos sete bilhões de anos. Portanto, é provável que represente o tempo exato ao longo da vida de nós, dos nossos filhos e dos nossos netos.
Os relógios ópticos têm um papel fundamental no futuro que hoje emerge. Os cientistas acreditam que podem desenvolver sistemas de posicionamento global (GPS) e distribuição de chaves quânticas mais precisos usando relógios ópticos. As inovações em relação a outros relógios ultraprecisos estão ligadas ao uso do estrôncio como átomo de referência e aos métodos de excitação via fótons.
Equipes de pesquisa do Japão, dos Estados Unidos e da Alemanha trabalharam no desenvolvimento de relógios atômicos. No entanto, o relógio atômico mais preciso está localizado na Universidade do Colorado, em Boulder , e também é estável em sua operação. Graças a esta conquista recente, a China tornou-se a segunda nação do mundo a demonstrar cronometragem precisa. No entanto, o relógio deve ser mais preciso do que o seu homólogo americano.
Relógio Atômico da Universidade de Boulder
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Corrida para reduzir o tempo nos menores relógios atômicos do mundo
Como um segundo é definido
Um segundo é definido pela ciência com base em um relógio atômico, conhecido como relógio fonte de césio. Os átomos de césio são irradiados com o sinal de micro-ondas e "interrogados" sobre seu estado (quântico, spin) após a exposição. Dependendo do resultado, a frequência de interrogação varia mais ou menos, até ficar "ligada" à ressonância do átomo. Um feixe de átomos de césio sai de um forno, é direcionado para um campo magnético, para ser então atingido por microondas em uma zona de interação e, finalmente, interrogado sobre seu estado por um espectrômetro de massa.
Cada um desses ciclos é um pequeno tique que constitui frações de segundo, permitindo aos cientistas manter uma cronometragem precisa com precisão de vários quatrilionésimos. No entanto, a precisão desse relógio depende da frequência das microondas. Por esse motivo, os pesquisadores desenvolveram um relógio óptico que substitui as microondas pela luz laser. Estima-se que isso melhore o desempenho do relógio em duas ordens de grandeza.
Relógio com fonte de césio
Construindo relógios ópticos para o futuro
A adoção de relógios ópticos digitais requer pelo menos três laboratórios para alcançar uma estabilidade inferior a cinco quintilionésimos e uma incerteza inferior a dois quintilionésimos. Sob a liderança de Pan Jianwei, a equipa de investigação chinesa utilizou estrôncio para fabricar o seu relógio óptico.
Os pesquisadores resfriaram os átomos de estrôncio a temperaturas de alguns micro-Kelvins. Então, eles os prenderam em uma rede unidimensional criada com a ajuda de raios laser que se cruzam. Eles então usaram um laser ultraestável para acionar os átomos e alcançar uma oscilação de transição de estado estável e precisa.
A comparação com outros relógios independentes confirmou que o relógio óptico era estável até 2,2 quintilionésimos, enquanto sua incerteza era de 4,4 quintilionésimos. Na revista científica Metrologia, os investigadores afirmaram que o seu relógio óptico perderia ou ganharia um segundo em 7,2 mil milhões de anos.
Isso garante que o trabalho da equipe esteja dentro dos critérios mínimos exigidos para a construção de um futuro que utilize relógios ópticos para cronometragem precisa. Os pesquisadores também planejam usar outros átomos, como o itérbio, para fazer o relógio e comparar as diferenças na medição do tempo.
Os pesquisadores também disseram que seu trabalho abriu novos caminhos para testar teorias fundamentais da física e para a busca de ondas gravitacionais e matéria escura. A medição extremamente precisa do tempo é necessária na física ou na calibração de sistemas de satélite GPS, cuja precisão depende precisamente da sincronia dos relógios internos do sistema.
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