Relógio mais preciso do mundo atinge precisão de 19 casas decimais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/07/2025

As modificações na armadilha de íons permitiram que o íon de alumínio e seu parceiro, o íon de magnésio, tiquetaqueassem sem perturbações.
[Imagem: Jacobson/NIST]

Zeptossegundos

Há um novo recordista para o relógio mais preciso do mundo. Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA conseguiram aumentar muito a precisão do seu relógio atômico baseado em um íon de alumínio.

Membro da recente onda de relógios atômicos ópticos, a geração seguinte dos tradicionais relógios atômicos, este novo relógio de luz consegue medir o tempo com uma precisão de 19 casas decimais, parte crucial do esforço para a redefinição do segundo no Sistema Internacional de Unidades (SI).

Isso significa que nossas medições do tempo romperam a escala dos attossegundos e entramos no reino dos zeptossegundos. Não existe um prefixo para 19 casas decimais, sendo o mais próximo a essa potência o atto, que neste caso equivale a 10^-18 segundo, ou seja, 0,000000000000000001 (18 casas decimais). Com as 19 casas decimais de precisão alcançadas agora, estamos então na casa das centenas dos zeptossegundos (550 zeptossegundos, para ser exato).

Relógios ópticos são avaliados em dois níveis: Precisão (quão próximo um relógio chega de medir o tempo "verdadeiro" ideal, também conhecido como incerteza sistemática) e estabilidade (quão eficientemente um relógio consegue medir o tempo, relacionada à incerteza estatística).

Além da sua melhor precisão, 41% maior do que o recorde anterior, este novo relógio também é 2,6 vezes mais estável do que qualquer outro relógio iônico. Alcançar esses níveis exigiu um aprimoramento de praticamente todos os aspectos da versão anterior do relógio, do laser à armadilha de íons e à câmara de vácuo.

Esta é a armadilha de íons, com um destaque mostrando uma imagem do par alumínio-magnésio. O círculo mostra a posição do íon de alumínio, que é escuro para a câmera, já que ele só pode ser lido por espectroscopia de lógica quântica através do íon de magnésio.
[Imagem: NIST]

Relógio de lógica quântica

Um íon de alumínio permite construir um relógio excepcionalmente bom, com um tique-taque extremamente estável e de alta frequência. Seus tique-taques são mais estáveis do que os do césio, nos quais se baseia a atual definição científica do segundo, e o íon de alumínio não é tão sensível a interferências ambientais, como temperatura e campos magnéticos.

Por outro lado, é muito mais difícil de sondar e resfriar o alumínio usando lasers, ambas técnicas necessárias para fazer um relógio atômico. A abordagem usada neste caso foi emparelhar o íon de alumínio com um íon de magnésio - o magnésio não tem propriedades de tique-taque tão boas quanto as do alumínio, mas ele pode ser facilmente controlado com lasers.

O íon de magnésio então resfria o íon de alumínio, desacelerando-o, além de se mover em conjunto com seu parceiro. Com isto, o estado do relógio pode ser lido através do movimento do íon de magnésio. "Este 'sistema de companheiros' para íons é chamado de espectroscopia lógica quântica," disse Willa Arthur-Dworschack, membro da equipe, que de fato chama seu dispositivo de "relógio de lógica quântica".

Com este novo recorde, o relógio de íons de alumínio contribui para o esforço internacional de redefinir o segundo com níveis de precisão muito maiores do que atualmente. A maior precisão também melhora drasticamente seu uso como um banco de testes para experimentos, permitindo explorar novos conceitos em física quântica e construir ferramentas necessárias para as diversas tecnologias quânticas.

Mais importante ainda, ao reduzir o tempo médio de amostragem - de semanas para dias -, este relógio pode se tornar uma ferramenta para fazer novas medições da geodésia da Terra e explorar a física além do Modelo Padrão, como a possibilidade de que as constantes fundamentais da natureza não sejam valores fixos.

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