Criado novo relógio atómico capaz de chegar aos maiores mistérios da 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 exatos 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 detetar 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 afeta a outra, mesmo que estejam em lados opostos do Universo.

Este conceito permitiria medir as vibrações atómicas com maior precisão e chegar ao tempo exato 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 Eletrónica 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 exatamente 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 atuais 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.