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Relógio atômico a laser pode redefinir o tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/07/2013

Relógio atômico a laser pode redefinir o tempo
A nuvem de átomos de estrôncio é mantida no vácuo, fluorescendo pela incidência de um laser azul.[Imagem: Observatório de Paris]

Durante séculos, o tempo foi medido pela rotação da Terra em torno do Sol.

Mas nosso planeta chacoalha levemente ao girar em torno de seu eixo, o que faz com que alguns dias sejam mais curtos ou mais longos do que outros.

É claro que é o movimento é muito sutil para ser percebido pelos humanos, mas é grande o suficiente para atrapalhar uma boa definição de tempo.

A partir da década de 1950, o advento dos relógios atômicos nos permitiu olhar de forma diferente para o que seja fundamentalmente um segundo.

Assim, em 1967, o Sistema Internacional de Unidades (SI) adotou como definição de um segundo a duração de 9.192.631.770 oscilações da radiação de micro-ondas absorvida ou emitida quando um átomo de césio salta entre dois estados particulares de energia.

Ou seja, o tique-taque fundamental é definido pela inversão no spin do elétron da camada mais externa de um átomo de césio em um tipo de relógio atômico conhecido como "chafariz", em que nuvens de milhões de átomos de césio jorram enquanto são golpeados constantemente pela radiação de micro-ondas.

O nome chafariz deve-se ao fato de que o relógio é essencialmente uma fonte de átomos, em que as emissões de cada átomo são medidas duas vezes, uma quando eles são arremessados para cima, e outra quando eles caem de volta, puxados pela gravidade.

Relógio atômico a laser

Agora, Rodolphe Le Targat e seus colegas do Observatório de Paris estão propondo a adoção de um outro tipo de relógio atômico, baseado em feixes de laser, para obter uma definição ainda mais precisa do segundo.

Enquanto as micro-ondas oscilam a uma frequência ao redor de 10 gigahertz, atingindo uma precisão de uma parte em cada 10 quatrilhões, a frequência de oscilação de um laser é 40.000 vezes maior.

No relógio atômico a laser - tecnicamente, relógio de rede óptica -, cuja confiabilidade agora foi demonstrada pela equipe francesa, os átomos de césio são substituídos por átomos de estrôncio, que fluorescem no vácuo quando são atingidos pelo laser.

Essa fluorescência ocorre em um comprimento de onda muito preciso, que poderá ser usado então para redefinir o segundo.

Sincronização do tempo

Relógio atômico a laser pode redefinir o tempo
Aparato necessário para sincronizar dois relógios atômicos ópticos de estrôncio (Sr1 e Sr2). [Imagem: R. Le Targat et al./Nature Communications]

O que Targat e seus colegas fizeram foi demonstrar que dois relógios atômicos a laser - que já existem há pelo menos 10 anos - podem ser precisamente sincronizados, um teste de consistência que é essencial para que o tempo possa ser medido, atualizado e sincronizado por diversos relógios ao redor do mundo.

O exemplo mais comum dessa necessidade de precisão e sincronização pode ser visto no sistema de posicionamento global: se um sinal de satélite chegar ao aparelho de GPS com três nanossegundos de atraso, isso pode significar um erro de um metro na posição medida.

Enquanto um relógio atômico de chafariz de césio tem uma precisão de 2,4 × 10-16, o relógio de rede óptica chega a 1 × 10-17 - a precisão da sincronização experimental obtida pelos pesquisadores foi de 1,5 × 10-16.

Pode parecer pouco, mas não é: enquanto a definição atual do SI garante que um segundo não mudará a cada 100 milhões de anos, a adoção de um relógio atômico a laser elevará essa incerteza para 300 milhões de anos.

Para entender melhor a importância da sincronização entre os relógios atômicos, veja a reportagem: Relojoeiros do futuro precisarão do passado para conhecer seu presente

Bibliografia:

Experimental realization of an optical second with strontium lattice clocks
R. Le Targat, L. Lorini, Y. Le Coq, M. Zawada, J. Guéna, M. Abgrall, M. Gurov, P. Rosenbusch, D. G. Rovera, B. Nagórny, R. Gartman, P. G. Westergaard, M. E. Tobar, M. Lours, G. Santarelli, A. Clairon, S. Bize, P. Laurent, P. Lemonde, J. Lodewyck
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2109
DOI: 10.1038/ncomms3109




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