Relógio atômico do NIST redefine padrão de exatidão ao medir um segundo com 19 casas decimais
Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), nos Estados Unidos, apresentaram um relógio atômico capaz de medir a duração de um segundo com precisão de 19 casas decimais.
O dispositivo, descrito em artigo na revista Physical Review Letters, registra um avanço de 41% em relação ao recordista anterior e estabelece um novo patamar para a metrologia do tempo.
O equipamento opera com um único íon de alumínio confinado em armadilha eletromagnética e resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto.
Para ler as vibrações do alumínio, os cientistas acoplaram um íon de magnésio, que facilita o controle por lasers. Esse sistema duplo permite contar oscilações atômicas com regularidade sem precedentes, base de qualquer relógio de referência.
As equipes do NIST vêm trabalhando nesse projeto há duas décadas. O salto de precisão foi obtido após modificações no interior da armadilha: o disco de diamante que envolve os íons foi engrossado para reduzir interferências externas, e os eletrodos receberam camadas adicionais de ouro, o que estabilizou os campos elétricos responsáveis pelo tique-taque do relógio.
A fonte de laser que manipula o magnésio está instalada em um laboratório a 3,6 quilômetros de distância, exigindo sincronia remota de alta confiabilidade.
Além da exatidão ampliada, o novo modelo é 2,6 vezes mais estável que qualquer outro relógio atômico de íons único existente.
Estabilidade define o quanto a frequência medida se mantém constante ao longo do tempo; quanto menor a variação, maior a capacidade de comparar resultados em longos períodos.
A melhoria tem implicações diretas para experimentos de física fundamental. Relógios com resolução tão elevada servem como ferramentas para testar previsões da relatividade geral de Albert Einstein, investigar possíveis variações de constantes universais e buscar indícios de matéria escura. Fora do laboratório, padrões de tempo ultra precisos sustentam sistemas de navegação por satélite, sincronização de redes de comunicação e calibração de equipamentos científicos em todo o mundo.
Embora não substituam relógios utilizados no cotidiano, essas referências atômicas formam a base para corrigir relógios comerciais e instrumentos que dependem de marcações temporais extremamente rigorosas.
O segundo oficial, adotado internacionalmente, é definido hoje pela frequência de transição do átomo de césio; porém, resultados cada vez mais confiáveis com íons de alumínio e outras espécies reforçam discussões sobre uma eventual redefinição desse padrão.
Segundo o NIST, os próximos passos incluem aumentar o número de íons de alumínio na mesma armadilha e explorar técnicas de entrelaçamento quântico.
Trabalhar com múltiplas partículas, mantidas em estado correlacionado, pode reduzir ainda mais as incertezas estatísticas, abrindo caminho para relógios que atinjam níveis de precisão hoje teóricos.
A façanha demonstra o progresso contínuo da metrologia quântica e confirma que aperfeiçoamentos de engenharia, mesmo em escalas microscópicas, impactam diretamente a capacidade de medir o tempo.
À medida que novos marcos são alcançados, aplicações práticas e científicas se expandem, beneficiando áreas que dependem de sincronização extrema e oferecendo instrumentos mais sensíveis para sondar as leis fundamentais do Universo.