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World's most accurate and precise atomic clock pushes new frontiers in physics
O relógio atômico mais preciso e exato do mundo expande novas fronteiras na física
O novo relógio foi construído por pesquisadores de instituições dos estados Unidos e da Universidade do Colorado.
Os relógios atômicos atualmente emitem micro-ondas em átomos para medir o segundo. A nova geração de relógios ilumina átomos com ondas de luz visíveis , que têm uma frequência muito maior, para contar o segundo com muito mais precisão.
Comparados com os atuais relógios de micro-ondas, espera-se que os relógios ópticos ofereçam uma precisão muito maior para cronometragem internacional, perdendo potencialmente apenas um segundo a cada 30 bilhões de anos.
O novo relógio usa uma rede de luz conhecida como "rede óptica" para capturar e medir dezenas de milhares de átomos individuais simultaneamente.
Ter um conjunto tão grande fornece uma enorme vantagem em precisão. Quanto mais átomos medidos, mais dados o relógio tem para produzir uma medição precisa do segundo.
Para atingir um novo desempenho recorde, os pesquisadores do usaram uma "teia" mais rasa e suave de luz laser para capturar os átomos, em comparação com relógios de rede óptica anteriores.
Isso reduziu significativamente duas fontes principais de erro - efeitos da luz laser que captura os átomos e átomos colidindo uns com os outros quando são compactados muito firmemente.
"Este relógio é tão preciso que pode detectar pequenos efeitos previstos por teorias como a relatividade geral, mesmo em escala microscópica ",. "Ele está expandindo os limites do que é possível com a cronometragem." disse o físico Jun Ye
A relatividade geral de Einstein descreve como a gravidade é causada pela deformação do espaço e do tempo. Uma das principais previsões da relatividade geral é que o próprio tempo é afetado pela gravidade - quanto mais forte o campo gravitacional, mais devagar o tempo passa.
Este novo design de relógio pode permitir a detecção de efeitos relativísticos na cronometragem na escala submilimétrica, aproximadamente a espessura de um único fio de cabelo humano.
Aumentar ou diminuir o relógio por essa distância minúscula é o suficiente para que os pesquisadores observem uma pequena mudança no fluxo do tempo causada pelos efeitos da gravidade.
Essa capacidade de observar os efeitos da relatividade geral na escala microscópica pode preencher significativamente a lacuna entre o reino quântico microscópico e os fenômenos de larga escala descritos pela relatividade geral.
Relógios atômicos mais precisos também permitem navegação e exploração mais precisas no espaço. À medida que os humanos se aventuram mais longe no sistema solar, os relógios precisarão manter o tempo preciso em grandes distâncias. Mesmo pequenos erros na cronometragem podem levar a erros de navegação que crescem exponencialmente quanto mais você viaja.
"Se quisermos pousar uma nave espacial em Marte com precisão milimétrica, precisaremos de relógios que sejam ordens de magnitude mais precisos do que os que temos hoje em GPS", disse Ye. "Este novo relógio é um grande passo para tornar isso possível."
Os mesmos métodos usados para capturar e controlar os átomos também podem produzir avanços na computação quântica. Os computadores quânticos precisam ser capazes de manipular precisamente as propriedades internas de átomos ou moléculas individuais para realizar computações.
O progresso no controle e medição de sistemas quânticos microscópicos avançou significativamente esse esforço.
Ao se aventurar no reino microscópico onde as teorias da mecânica quântica e da relatividade geral se cruzam, os pesquisadores estão abrindo uma porta para novos níveis de compreensão sobre a natureza fundamental da própria realidade.
Das escalas infinitesimais onde o fluxo do tempo se distorce pela gravidade, às vastas fronteiras cósmicas onde a matéria escura e a energia escura dominam, a precisão requintada deste relógio promete iluminar alguns dos mistérios mais profundos do universo.
"Estamos explorando as fronteiras da ciência da medição", "Quando você pode medir coisas com esse nível de precisão, você começa a ver fenômenos sobre os quais só conseguimos teorizar até agora." conclui Ye.
Os pesquisadores descrevem seus avanços em um artigo que foi aceito para publicação na Physical Review Letters . O trabalho está atualmente disponível no servidor de pré-impressão arXiv .
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