4823: Criado novo relógio atómico capaz de chegar aos maiores mistérios da física

CIÊNCIA/FÍSICA

National Institute of Standards and Technology

Cientistas do Instituto de Tecnologia do Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, criaram um novo tipo de relógio atómico que poderá iluminar segredos da física até agora impossíveis de descobrir.

Os relógios atómicos são os instrumentos de medição de tempo com maior precisão do mundo: usam lasers para medir as vibrações dos átomos, que oscilam numa frequência constante, como se fossem pêndulos microscópicos sincronizados.

Os melhores relógios são tão exactos que, se tivessem começado a funcionar desde o princípio do Universo, há 13.800 milhões de anos, hoje só estariam atrasados cerca de meio segundo.

No entanto, se conseguissem ser mais precisos, conseguiriam até detectar fenómenos como a matéria negra e as ondas gravitacionais e permitir aos cientistas responder a perguntas que desafiam a mente: que efeito terá a gravidade na passagem do tempo? O tempo muda à medida que o Universo envelhece?

A proposta dos físicos do MIT, revelada esta quarta-feira num artigo publicado na revista Nature, é construir um relógio atómico que mede não só um conjunto de átomos na sua coreografia oscilante, mas átomos que estão “entrelaçados quanticamente”. Na física quântica, essa noção significa que duas partículas estão ligadas de tal forma que o que acontece com uma afecta a outra, mesmo que estejam em lados opostos do Universo.

Este conceito permitiria medir as vibrações atómicas com maior precisão e chegar ao tempo exacto 4 vezes mais depressa do que os relógios atómicos convencionais, alegam os investigadores.

Segundo o principal autor do estudo, Edwin Pedrozo-Peñafiel, do Laboratório de Investigação em Electrónica do MIT, os relógios que conseguirem medir os átomos entrelaçados só se atrasariam, em todo a história do Universo, apenas 100 milissegundos.

As vibrações atómicas são os acontecimentos periódicos mais precisos que os seres humanos conseguem observar: por exemplo, um átomo de césio oscila exactamente à mesma frequência do que outro átomo de césio, explica um comunicado do MIT.

Para medir o tempo de forma perfeita, idealmente os relógios mediriam as oscilações de um único átomo, mas a essa escala, uma única partícula é tão pequena que se comporta conforme as leis misteriosas da mecânica quântica.

Assim, quando é medido, um átomo comporta-se como uma moeda atirada ao ar: só se consegue prever a probabilidade de aparecer um lado ou outro depois de muitas tentativas, uma limitação designada como o limite quântico padrão.

“Quando se aumenta o número de átomos, a média de todos eles contribui para nos aproximarmos do valor correto”, afirmou o investigador do MIT.

É por isso que os relógios atómicos actuais usam um gás composto por milhares de átomos do mesmo tipo, mas, mesmo assim, ainda há alguma incerteza em relação às suas frequências individuais.

No novo relógio que criaram, os investigadores juntaram cerca de 350 átomos entrelaçados do metal itérbio, que oscilam à mesma alta frequência da luz visível, o que quer dizer que cada átomo vibra cerca de 100.000 vezes mais por segundo do que um átomo de césio.

Medir as oscilações do itérbio tornará possível distinguir intervalos de tempo ainda mais pequenos do que com os relógios atómicos convencionais.

ZAP // Lusa

Por ZAP
18 Dezembro, 2020


2250: NASA lança relógio atómico tão preciso que só atrasa 1 segundo a cada 10 milhões de anos

CIÊNCIA

NASA

A Space X, empresa do multimilionário Elon Musk, lançou esta terça-feira para o Espaço o seu maior foguete, o Falcon Heavy.

O foguete, que foi lançado a partir da Florida, nos Estados Unidos, levou a bordo 24 satélites pertencentes ao Pentágono, à agência espacial norte-americana (NASA), bem como a outros clientes públicos e privados.

Entre os satélites que seguiram viagem rumo ao Espaço, destaca-se um da NASA que carrega um relógio atómico, um instrumento extremamente preciso que pode mudar a forma como as naves espaciais viajam e até mesmo a forma como os astronautas serão enviados até Marte (ou para lá do Planeta Vermelho).

Construído pelo Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA, no estado norte-americano da Califórnia, o Deep Space Atomic Clock tem apenas o tamanho de uma torradeira, mas é tão preciso que leva 10 milhões de anos para se atrasar um segundo.

O relógio é feito de cristais de quartzo e átomos de mercúrio, uma combinação que lhe permite uma margem de erro temporal de apenas um nano-segundo a cada quatro dias, um micro-segundo ao fim de 10 anos e um segundo ao fim de 10 milhões de anos.

Instalado no satélite Orbital Test Bed, este relógio atómico permanecerá em órbita baixa da Terra durante um ano, visando estar preparado para futuras missões noutros mundos. Se tudo correr bem, o instrumento será utilizado em missões tripuladas pelo Espaço.

Na prática, o instrumento recém-lançado representa uma importante actualizações dos relógios atómicos dos satélites convencionais que, por exemplo, permitem o funcionamento dos GPS e dos smartphones.

Para determinar a distância de uma nave à Terra, os cientistas enviam um sinal para a própria nave, que retorna depois para a Terra. O tempo necessário para o sinal fazer esta viagem de ida e volta revela a distância do navio, porque o sinal viaja a uma velocidade conhecida, a velocidade da luz, tal como explica o jornal espanhol ABC.

Ao enviar vários sinais e realizar muitas medições ao longo do tempo, os navegadores podem calcular a trajectória do navio: onde é que está e para onde é que está a ir. Contudo, quanto mais uma nave viaja, maior é o tempo para se dar a comunicação, o que implica alguns problemas para a exploração do Sistema Solar.

E é exactamente aqui que o novo relógio pode ser importante: o instrumento muda drasticamente o processo habitual, permitindo que os astronautas saibam onde estão de forma mais autónoma, isto é, sem terem a necessidade de enviarem sinais para a Terra. Ou seja, o relógio permitirá receber um sinal da Terra e determinar sua localização imediatamente usando um sistema de navegação integrado.

ZAP //

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29 Junho, 2019

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1361: Desenvolvido relógio atómico tão preciso que poderá detetar matéria escura

CIÊNCIA

National Institute of Standards and Technology
Andrew Ludlow, físico e principal investigador do estudo

Investigadores norte-americanos desenvolveram relógios atómicos tão precisos que poderiam detectar 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 ópticas, 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 detecção de fenómenos que afectam 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 perceptível 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 detectar fenómenos cósmicos, como ondas gravitacionais ou matéria escura. Embora não se saiba exactamente 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.

ZAP // Hype Science

Por ZAP
1 Dezembro, 2018

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