Novo tipo de relógio atômico garante precisão durante vida do Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/12/2020

A proposta consiste em usar um laser para fazer com que os átomos presos em uma cavidade óptica composta por dois espelhos fiquem entrelaçados, "homogeneizando" sua frequência e permitindo criar relógios atômicos mais precisos.
[Imagem: MIT]

Menores pedaços do tempo

Os relógios atômicos são os cronometristas mais precisos do mundo, usando lasers para medir as vibrações dos átomos, que oscilam em uma frequência constante, como se fossem muitos pêndulos microscópicos balançando em sincronia.

Os melhores relógios atômicos do mundo marcam o tempo com tanta precisão que, se estivessem funcionando desde o início do Universo, hoje estariam atrasados ou adiantados apenas cerca de meio segundo.

Então por que alguém se preocuparia em melhorar sua precisão ainda mais? É que, quanto menores forem os seus tiquetaques, ou seja, quanto menor for a menor duração de tempo que eles conseguem medir, maior será a precisão com que será possível medir fenômenos como ondas gravitacionais, interações entre matéria e antimatéria, partículas de matéria escura e todos as estranhas interações entre partículas quânticas.

E, quando atingirmos uma precisão ainda maior, será possível detectar eventuais efeitos que a força da gravidade pode ter na passagem do tempo e até se o próprio tempo muda à medida que o Universo envelhece.

Relógio de átomos entrelaçados

Agora, uma equipe do MIT, nos EUA, criou um novo tipo de relógio atômico que acena até mesmo com a possibilidade de detectar fenômenos além do que a física consegue explicar hoje - a tal da "Nova Física".

Em vez de medir as oscilações de átomos em uma nuvem ultrafria, Edwin Peñafiel e seus colegas descobriram que se pode obter mais precisão medindo átomos que estejam quanticamente entrelaçados - o entrelaçamento quântico "liga" de tal forma dois ou mais átomos que o que acontecer com um afetará imediatamente o outro. A nova configuração atinge a mesma precisão quatro vezes mais rápido do que relógios sem entrelaçamento.

Se os relógios atômicos de última geração fossem adaptados para medir átomos entrelaçados, sua precisão na medição do tempo melhoraria de tal forma que, durante toda a idade do Universo, os relógios atômicos atrasariam ou adiantariam no máximo 100 milissegundos.

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Relógios perfeitos

Para registrar o tempo com perfeição, o ideal seria monitorar as oscilações de um único átomo. Mas, nessa escala, um átomo é tão pequeno que se comporta de acordo com as regras misteriosas da mecânica quântica: Quando medido, ele se comporta como uma moeda lançada que, apenas quando calculada a média de muitos lançamentos, fornece as probabilidades corretas. Essa limitação é o que os físicos chamam de Limite Quântico Padrão.

É por isso que os relógios atômicos de hoje são projetados para medir um gás composto por milhares de átomos do mesmo tipo, a fim de obter uma estimativa de suas oscilações médias. Mas, ainda assim, existe alguma incerteza, mesmo entre milhares de átomos, com relação às frequências exatas de cada átomo. É por isso que os relógios atômicos podem derivar para um atraso ou adiantamento de meio segundo pelo tempo de vida do Universo.

A equipe concluiu que, se os átomos estiverem entrelaçados, suas oscilações individuais se estreitarão em torno de uma frequência comum, com menos desvio do que se não estivessem no entrelaçamento. As oscilações médias que um relógio atômico medirá, portanto, terão uma precisão além do Limite Quântico Padrão.

"Conforme o Universo envelhece, a velocidade da luz muda? A carga do elétron muda? Isso é o que você pode sondar com relógios atômicos mais precisos," anunciou o professor Vladan Vuletic, coordenador da equipe.

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