Pela primeira vez, um relógio atômico portátil é usado para medir a gravidade

Os relógios atômicos são capazes das mais precisas medições físicas que a humanidade já conseguiu fazer, mas por serem tão complexas, foram restringidas ao uso em laboratório. Até agora.

Pela primeira vez, os cientistas desenvolveram uma versão portátil, e a usaram para fazer medições da gravidade fora das configurações de um laboratório.

A tecnologia envolvida em um relógio atômico é de tirar o fôlego. Os cientistas acompanham a oscilação extremamente regular dos átomos presos por lasers para manter o tempo mais preciso possível, permitindo que o relógio meça até a 18ª casa decimal.

O relógio atômico mais preciso alguma vez construído usando átomos de estrôncio contido em uma rede de lasers, conhecida como uma rede ótica de relógio atômico, não vai ganhar ou perder um único segundo durante 15 bilhões de anos. O que é mais do que a atual idade do Universo.

Os átomos de estrôncio são resfriados a uma temperatura pouco acima do zero absoluto, preso pelo padrão de interferência de dois raios laser. O laser excita o átomo, causando nele oscilação.

O novo relógio atômico portátil, também uma rede ótica de relógio atômico desenvolvida por pesquisadores alemães, não é tão preciso como o quebrador de recordes de 2015: tem uma incerteza de 7.4 × 10−17.

No entanto, é suficientemente preciso para medir o deslocamento gravitacional, de acordo com a equipe de cientistas.

Sabemos que a gravidade afeta a matéria. Sabemos que também afeta a luz. E também sabemos que tem um efeito no tempo: onde a gravidade é mais forte, o tempo passa mais devagar.

Não seríamos capazes de detectar estas variações com um relógio comum, mas os relógios atômicos são tão precisos que podem ser utilizados para medir este efeito. Este campo é chamado geodésia relativista, porque, surpresa, foi prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

O deslocamento gravitacional também foi medido por relógios atômicos em configurações de laboratório anteriormente. Medi-lo com relógios atômicos portáteis não nos diz nada de novo sobre o deslocamento gravitacional, mas nos diz se vale a pena insistir nos relógios atômicos portáteis.

A equipe levou o relógio para instalações com temperatura estabilizada e amortecidas de vibração para o Laboratório Subterrâneo de Modane, na França, e comparou com as medidas realizadas no Instituto Nacional de Pesquisa Meteorológica em Torino, a 90 quilômetros de distância e a uma diferença de altura de mil metros.

Uma ligação por fibra ótica e combinações de frequência permitiram que os dois relógios estivessem ligados e suas leituras fossem comparadas com a máxima precisão.

Entretanto, as medidas também foram tiradas usando um relógio de fonte de césio de criogênico e um relógio de rede ótica de itérbio. Depois, os cientistas levaram o relógio até Torino para comparar com as medidas feitas naquele local.

As medidas foram consistentes, mas o relógio ainda precisa de ser trabalhado, segundo Andrew Ludlow, do National Institute of Standards and Technology, que não participou na pesquisa.

“Como já seria de se esperar neste esforço pioneiro, as medidas não foram perfeitas“, escreveu o cientista para a Nature Physics. “Havia períodos de tempo em que o relógio ótico portátil não funcionava, e a precisão das medidas estava limitada pela capacidade de relógios óticos”.

“E enquanto a medida geodésica relativista concordava com as medidas geodésicas convencionais, sua precisão era duas ordens de magnitude abaixo das técnicas convencionais”.

No entanto, a experiência provou o princípio, representando um marco significativo para os relógios atômicos portáteis. No futuro, estes relógios poderão ser utilizados de formas muito mais flexíveis do que os atuais relógios atômicos em laboratório.

Os resultados do estudo foram publicados na segunda-feira (12) na revista Nature Physics.

Ciberia // ZAP

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