Cientistas britânicos ficaram mais perto de criar um relógio atómico portátil que pode vir a substituir os sistemas de navegação por satélite GPS e Galileo, com uma eficiência de rastreamento melhorada em 80%, e que pode “revolucionar a forma como contamos o tempo no futuro”.
Há muitas tecnologias que usam o posicionamento de satélite como factor de localização, mas a perda do sinal no telemóvel, por exemplo, pode ser uma grande chatice quando não se sabe onde se está ou se pretende seguir um itinerário desconhecido.
Esse problema pode ser ultrapassado com um relógio atómico portátil que funciona com base na frequência de oscilação da energia do átomo, graças a uma tecnologia de ponta à base de feixes de laser descoberta por investigadores da Universidade de Sussex, no Reino Unido.
“Com um relógio atómico portátil, uma ambulância, por exemplo, continuará a ter acesso ao seu mapeamento enquanto estiver num túnel, e um passageiro poderá planear a sua rota enquanto estiver no subsolo ou sem sinal de telemóvel no meio do campo”, explica a investigadora Alessia Pasquazi do Laboratório de Fotónica Emergente (EPic Lab) da Escola de Matemática e Ciências Físicas da Universidade britânica.
A cientista constata num comunicado divulgado pela entidade e publicado na Phys.org que a descoberta revolucionária “melhora a eficiência da parte do relógio responsável pela contagem em 80%”. Isto deixa-nos “mais perto de ver os relógios atómicos portáteis a substituírem o mapeamento por satélite, como o GPS”, desenvolvido nos EUA, o Galileu, criado na Europa, o GLONASS da Rússia e o Compass da China.
Este passo poderá tornar-se realidade “dentro de 20 anos”, aponta Alessia Pasquazi, considerando que “esta tecnologia vai mudar as vidas quotidianas das pessoas“, com potencial para ser aplicada “em carros sem motoristas, em drones e na indústria aeroespacial”.
Tecnologia baseada em laser de fibra óptica
Os relógios atómicos constituem o auge em termos de dispositivos de medição de tempo, sendo extremamente precisos, uma vez que perdem menos de um segundo a cada 10 mil milhões de anos. Mas pesam centenas de quilos.
Foi com este desafio em mente que os investigadores se dedicaram a reduzir a sua dimensão e peso extraordinários, visando criar um dispositivo prático e funcional que possa ser utilizado por qualquer pessoa, enquanto mantém as suas características de precisão.
Num relógio atómico, o ponto de referência – o pêndulo num relógio tradicional – deriva das propriedades quânticas de um único átomo confinado numa câmara, sendo “o campo electromagnético de um feixe de luz que oscila centenas de três mil milhões de vezes por segundo”, como explica a Universidade em comunicado. Para funcionar nesta velocidade, o elemento de contagem é “um laser altamente especializado que emite, simultaneamente, muitas cores precisas, uniformemente espaçadas em frequência”.
“Micro-pentes diminuem a dimensão dos pentes de frequência, explorando pequenos dispositivos chamados micro-ressonadores” que são muito complexos e que tornam os relógios atómicos pouco práticos.
Na investigação publicada no jornal Nature Photonics, os cientistas explicam como conseguiram resolver o dilema através de um “micro-pente excepcionalmente eficiente e robusto baseado num tipo único de onda chamado ‘solitão da cavidade do laser’“.
“Os solitões são ondas especiais que são particularmente robustas à perturbação. Os tsunamis, por exemplo, são solitões de água. Podem viajar sem serem perturbados por distâncias incríveis; depois do terramoto no Japão em 2011, alguns chegaram até à costa da Califórnia”, refere Alessia Pasquazi.
Nas experiências dos cientistas de Sussex, em vez de se usar água, recorreu-se a “pulsões de luz, confinadas numa pequena cavidade num chip”. “A nossa abordagem distintiva é inserir o chip num laser baseado em fibras ópticas, o mesmo que é usado para fornecer a Internet nas nossas casas”, esclarece Alessia Pasquazi.
“O solitão que viaja nesta combinação tem o benefício de explorar plenamente as capacidades das micro-cavidades de gerarem muitas cores, enquanto vai oferecendo a robustez e versatilidade de controlo dos lasers pulsados”, acrescenta a investigadora.
“O próximo passo é transferir esta tecnologia baseada em chip” para uma nova tecnologia de fibra que os cientistas esperam poder criar na Universidade de Sussex.
O plano é criar “um relógio atómico portátil que pode revolucionar a forma como contamos o tempo no futuro”, salienta o professor Marco Peccianti que também esteve envolvido na pesquisa.
