Pela primeira vez, um relógio atômico foi capaz de determinar a duração exata de um segundo com 19 casas decimais de precisão. O resultado, anunciado por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), nos Estados Unidos, representa a maior exatidão já alcançada na medição de tempo.
O marco supera em 41% a precisão do recordista anterior e coroa um esforço de duas décadas em física quântica. Além de mais exato, o equipamento recém-desenvolvido apresenta estabilidade 2,6 vezes superior a qualquer modelo semelhante disponível.
Como o relógio foi construído
O dispositivo opera a partir das vibrações de um íon de alumínio mantido em armadilha eletromagnética e resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto. Essas oscilações, extremamente regulares, servem como referência para a contagem de tempo. Para controlar o sistema com maior eficiência, os cientistas emparelham o íon de alumínio a um íon de magnésio, que facilita o resfriamento por laser e a leitura espectroscópica.
A luz usada no resfriamento vem de um laboratório localizado a 3,6 km do NIST, exigindo uma linha de laser dedicada. A interferência mínima desse feixe e a proteção dos íons dependeram de ajustes finos: o disco de diamante que envolve o conjunto foi engrossado, e os eletrodos internos receberam camadas adicionais de ouro. As modificações reduziram variações nos campos elétricos e garantiram a regularidade do “tique-taque” atômico.
Precisão e estabilidade
O novo nível de exatidão significa que o relógio, se operasse desde a formação da Terra, acumularia menos de um centésimo de segundo de erro. A estabilidade aprimorada, por sua vez, torna as medições menos suscetíveis a flutuações externas, permitindo comparações mais confiáveis com outros padrões de tempo.
Aplicações científicas e tecnológicas
Relógios dessa categoria não se destinam ao uso cotidiano, mas funcionam como referência fundamental para várias áreas. A precisão alcançada pode:
- Testar previsões da relatividade geral e outras teorias físicas;
- Aprimorar a navegação por satélite e os sistemas de posicionamento global;
- Contribuir para experimentos de comunicação quântica de longa distância;
- Ajudar na busca por matéria escura e em estudos sobre variações de constantes fundamentais da natureza.
Em satélites de GPS, por exemplo, ajustes de tempo de poucos bilionésimos de segundo já influenciam a precisão do posicionamento. Um padrão com 19 casas decimais de exatidão reduz margens de erro e amplia a confiabilidade de rotas, monitoramento atmosférico e sincronização de redes de telecomunicações.
Próximos passos da pesquisa
Segundo a equipe do NIST, o objetivo agora é aumentar o número de íons operando simultaneamente. Ao adicionar mais átomos, os pesquisadores pretendem reduzir ainda mais a incerteza estatística das medições. Também está nos planos explorar o entrelaçamento quântico entre os íons, técnica que pode levar a ganhos adicionais de estabilidade e precisão.
Se bem-sucedidas, essas etapas poderão viabilizar relógios atômicos capazes de sondar fenômenos físicos sutis, como oscilações hipotéticas no espaço-tempo ou desvios em forças fundamentais, com sensibilidade sem precedentes.
Impacto na definição do segundo
O avanço reforça discussões em curso sobre a redefinição do segundo no Sistema Internacional de Unidades (SI). Atualmente, o padrão oficial baseia-se em transições de micro-ondas do césio-133. Relógios ópticos, como o modelo de alumínio, oscilam em frequência muito mais alta, oferecendo potencial para uma definição mais estável e precisa da unidade de tempo.
Para que isso ocorra, diferentes laboratórios ao redor do mundo precisam concordar sobre métodos de comparação e redundância dos novos padrões. O NIST, ao atingir 19 casas decimais, dá um passo importante nessa direção e fornece uma referência para futuras colaborações internacionais.
O estudo completo que descreve a técnica empregada e as medições obtidas foi publicado na revista Physical Review Letters, reforçando a transparência e a reprodutibilidade dos resultados.
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