Pela primeira vez, um relógio atómico portátil foi usado para medir a gravidade

Os relógios atómicos são capazes das mais precisas medições físicas que a humanidade conseguiu fazer, mas por serem tão complexas, foram restringidas a uso em laboratório. Até agora.

Pela primeira vez, os cientistas desenvolveram uma versão portátil, e usaram-na para fazer medições da gravidade fora das configurações de um laboratório.

A tecnologia envolvida num relógio atómico é de cortar a respiração. Os cientistas acompanham a oscilação extremamente regular dos átomos presos por lasers para manter o tempo mais preciso possível, permitindo que o relógio meça até à 18ª casa decimal.

O relógio atómico mais preciso alguma vez construído usando átomos de estrôncio contido numa rede de lasers, conhecida como uma rede ótica de relógio atómico, não vai ganhar ou perder um único segundo durante 15 mil milhões de anos. O que é mais do que a atual idade do Universo.

Os átomos de estrôncio são resfriados a uma temperatura pouco acima do zero absoluto, preso pelo padrão de interferência de dois raios laser. O laser excita o átomo, causando nele oscilação.

O novo relógio atómico portátil, também uma rede ótica de relógio atómico desenvolvida por investigadores alemães, não é tão preciso como o quebrador de recordes de 2015: tem uma incerteza de 7.4 × 10⁻¹⁷.

No entanto, é suficientemente preciso para medir o deslocamento gravitacional, de acordo com a equipa de cientistas.

Sabemos que a gravidade afeta a matéria. Sabemos que também afeta a luz. E também sabemos que tem um efeito no tempo – onde a gravidade é mais forte, o tempo passa mais devagar.

Não seríamos capazes de detetar estas variações com um relógio comum, mas os relógios atómicos são tão precisos que podem ser usado para medir este efeito. Este campo é chamado geodésia relativista, porque, surpresa, foi prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

O deslocamento gravitacional também foi medido por relógios atómicos em configurações de laboratório anteriormente. Medi-lo com relógios atómicos portáteis não nos diz nada de novo sobre o deslocamento gravitacional, mas diz-nos se vale a pena insistir nos relógios atómicos portáteis.

A equipa levou o relógio para um reboque de temperatura estabilizada e amortecido de vibração para o Laboratório Subterrâneo de Modane francês, e comparou com as medidas realizadas no Instituto Nacional de Pesquisa Meteorológica em Torino, a 90 quilómetros de distância e a uma diferença de altura de 1.000 metros.

Uma ligação por fibra ótica e combinações de frequência permitiram que os dois relógios estivessem ligados e as suas leituras fossem comparadas com a máxima precisão.

Entretanto, as medidas também foram tiradas usando um relógio de fonte de césio de criogénico e um relógio de rede ótica de itérbio. Depois, os cientistas levaram o relógio até Torino para comparar com as medidas feitas naquele local.

As medidas foram consistentes, mas o relógio ainda precisa de ser trabalhado, segundo Andrew Ludlow, do Instituto Nacional de Standards e Tecnologia, que não participou na pesquisa.

“Como já seria de esperar neste esforço pioneiro, as medidas não foram perfeitas“, escreveu o cientista para a Nature Physics. “Havia períodos de tempo em que o relógio ótico portátil não funcionava, e a precisão das medidas estava limitada pela capacidade de relógios óticos”.

“E enquanto a medida geodésica relativista concordava com as medidas geodésicas convencionais, a sua precisão era duas ordens de magnitude abaixo das técnicas convencionais”.

No entanto, a experiência provou o princípio, representando um marco significativo para os relógios atómicos portáteis. No futuro, estes relógios poderão ser utilizados de formas muito mais flexíveis do que os atuais relógios atómicos ligados a laboratório.

Os resultados do estudo foram publicados na segunda-feira na revista Nature Physics.

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