Desenvolvido relógio atómico tão preciso que poderá detetar matéria escura

National Institute of Standards and Technology

Andrew Ludlow, físico e principal investigador do estudo

Investigadores norte-americanos desenvolveram relógios atómicos tão precisos que poderiam detetar ondas gravitacionais – e até mesmo matéria escura.

Um relógio atómico é um relógio muito preciso, baseado na frequência da oscilação entre dois estados de energia de certos átomos ou moléculas.

O National Institute of Standards and Technology (NIST) criou dois relógios com estas características, e cada um captura mil átomos de itérbio em redes óticas, que são grades feitas com lasers. Cada átomo tem uma frequência vibracional constante, uma característica que permite aos investigadores medir a forma como os átomos fazem a transição entre dois níveis de energia, criando o sinal do relógio.

Os dois relógios atómicos experimentais no NIST conseguiram três novos recordes de desempenho, mostrando que têm precisão suficiente não só para melhorar a cronometragem ou a navegação, mas também para a deteção de fenómenos que afetam a gravidade.

Ao adquirir os dois relógios independentes, os físicos do NIST alcançaram um desempenho recorde em três medidas importantes que definem a sua enorme precisão: incerteza sistemática, estabilidade e reprodutibilidade.

“A incerteza sistemática, a estabilidade e a reprodutibilidade podem ser vistas como a verdadeira escala do desempenho dos relógios”, diz Andrew Ludlow, líder do estudo, que foi publicado na revista Nature a 28 de novembro.

 

Ludlow explicou que a capacidade de reproduzir a precisão do relógio em duas experiências independentes é de particular importância, pois mostra, pela primeira vez, que o desempenho do relógio é “limitado pelos efeitos gravitacionais da Terra”.

Como a teoria geral da relatividade de Einstein sugere, a gravidade desempenha um papel fundamental no tempo. No caso do relógio de rede de itérbio, a frequência vibracional também muda sob diferentes gravidades.

O relógio atómico torna-se tão sensível que afastá-lo da superfície da Terra produziria uma diferença percetível no seu “tique taque”. Na prática, o relógio pode medir não apenas o tempo, mas também o espaço-tempo.

Com tanta precisão, o relógio poderia teoricamente ser usado para detetar fenómenos cósmicos, como ondas gravitacionais ou matéria escura. Embora não se saiba exatamente o que é a matéria escura, desde que tenha efeitos sobre constantes físicas, talvez seja possível vê-la.

O avanço também permitirá fazer medições sem precedentes da Terra, como da sua orientação e forma no espaço.

O próximo passo para o NIST é construir um relógio atómico portátil que poderia ser transportado para outros laboratórios do mundo.

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