Físicos criam relógio tão preciso que consegue detetar os efeitos da Relatividade

Uma equipa de cientistas criou um relógio atómico tão preciso e exato que permite uma navegação precisa na vasta extensão do espaço — e abre as portas à pesquisa de novas partículas elementares.

Pela primeira vez, um relógio consegue detetar os efeitos da gravidade previstos pela teoria da relatividade geral à escala microscópica.

O novo dispositivo, um relógios atómico ótico, foi construído por investigadores do JILA, uma instituição conjunta do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos.

Com a sua enorme precisão, estes relógios de próxima geração podem ajudar a  testar teorias fundamentais, como a Relatividade Geral, e ter aplicações práticas como revelar depósitos minerais subterrâneos escondidos, com um rigor sem precedentes.

Para os arquitetos de relógios atómicos, não se trata apenas de construir um relógio melhor; trata-se de desvendar os segredos do universo e de abrir caminho a tecnologias que irão moldar o nosso mundo para as gerações vindouras.

A comunidade científica mundial está a considerar a possibilidade de redefinir o conceito de “segundo”, a unidade internacional de tempo, com base nesta nova geração de relógios atómicos óticos.

Os relógios atómicos da geração atual iluminam os átomos com micro-ondas para medir o segundo. A nova geração de relógios usa ondas de luz visível, que têm uma frequência muito mais elevada, e permite contar os segundos com muito mais precisão, explica o Ciência Plus.

Em comparação com os atuais relógios de micro-ondas, espera-se que os relógios óticos proporcionem uma cronometragem com precisão muito maior, com um atraso de apenas um segundo em cada 30 mil milhões de anos.

Para que estes relógios atómicos possam funcionar com tanta exatidão, é necessário que tenham uma precisão muito elevada; por outras palavras, devem ser capazes de medir frações de segundo extremamente pequenas. A obtenção de uma precisão e exatidão elevadas pode ter implicações enormes.

O novo relógio do JILA usa uma rede de luz conhecida como “rede ótica” para capturar e medir dezenas de milhares de átomos individuais em simultâneo.

Ter um conjunto tão grande proporciona uma enorme vantagem em termos de exatidão: quanto mais átomos forem medidos, mais dados o relógio terá para obter uma medição exacta ao segundo.

Para atingir um novo recorde de desempenho, os investigadores do JILA recorreram a uma “rede” de luz laser menos profunda e mais suave para aprisionar os átomos, em comparação com os relógios de rede ótica anteriores, o que reduziu significativamente duas das principais fontes de erro: os efeitos de aprisionamento dos átomos pela luz laser e a colisão dos átomos entre si quando estão demasiado apertados.

“Este relógio é tão preciso que consegue detetar pequenos efeitos previstos por teorias como a relatividade geral, mesmo a escalas microscópicas”, afirmou Jun Ye, físico do NIST e do JILA, em comunicado. “Isto ultrapassa os limites do que é possível com a cronometragem”.

“Se quisermos que uma nave espacial aterre um dia em Marte com uma precisão milimétrica, vamos precisar de relógios que sejam ordens de grandeza mais precisos do que os que temos atualmente no GPS”, explica Ye. “Este novo relógio é um grande passo para tornar isso possível”.

A relatividade geral é a teoria de Einstein que 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 for o campo gravitacional, mais lentamente o tempo passa.

A capacidade de observar os efeitos da relatividade geral à escala microscópica pode colmatar significativamente o fosso entre o domínio quântico microscópico e os fenómenos de grande escala descritos pela relatividade geral.

Os investigadores apresentaram o seu relógio num artigo que foi aceite para publicação na Physical Review Letters e que está atualmente disponível em pré-publicação no arXiv.