SINGAPURA — Pesquisadores da Universidade Nacional de Singapura desenvolveram um relógio atômico baseado no elemento químico lutécio (Lu) que alcançou a menor incerteza já registrada para um equipamento óptico desse tipo. O dispositivo consegue detectar diferenças na passagem do tempo provocadas pela gravidade em alturas de apenas alguns milímetros.
O estudo que descreve o avanço foi publicado na revista científica Nature nesta quarta-feira (23). Murray Barrett, integrante da equipe, afirmou que os testes sustentam a avaliação de que o equipamento é o relógio mais preciso do mundo.
Precisão e aplicações
Relógios atômicos medem o tempo a partir das transições de energia dos elétrons dentro dos átomos. O método básico é usado desde a década de 1960, quando o césio (Cs) passou a estabelecer o padrão global para a duração de um segundo. Nesse sistema, um segundo corresponde a 9.192.631.770 vibrações do átomo de césio-133.
Além de servir como referência temporal, essa tecnologia é usada para sincronizar redes de comunicação e transporte compatíveis com o GPS. A precisão também influencia sistemas como a internet e aplicativos de celular. O desempenho dos relógios atômicos ópticos ainda é acompanhado por organismos internacionais que avaliam uma possível redefinição do segundo a partir de 2030.
O grupo de Singapura estuda o lutécio há mais de uma década. O novo relógio mediu sua frequência com 19 casas decimais e apresentou incerteza de apenas 1 × 10⁻¹⁹. Para verificar o resultado, os pesquisadores construíram dois equipamentos idênticos e os compararam lado a lado. A diferença encontrada entre os dois foi de 5,7 × 10⁻¹⁹, também considerada a comparação mais precisa já feita entre dois relógios desse tipo.
Por que o lutécio foi escolhido
A transição usada no relógio de lutécio sofre pouca influência das mudanças de temperatura e do campo magnético da Terra. Essas condições podem alterar a frequência usada para marcar o tempo em equipamentos baseados em outros elementos e introduzir erros.
Para explorar essa característica, os pesquisadores desenvolveram uma técnica chamada média hiperfina, usada para definir com mais precisão a transição do relógio. A equipe afirma que o sistema poderia manter sua estabilidade em condições que variassem do Vale da Morte, na Califórnia, ao planalto da Antártida. “Não vejo como esse relógio poderá ser superado no futuro”, disse Barrett em comunicado.
Teste gravitacional
Os dois equipamentos foram comparados durante 200 horas por meio de uma técnica chamada espectroscopia de correlação. Cada relógio utilizou um único íon de lutécio-176 carregado, identificado como ¹⁷⁶Lu⁺, e uma transição de referência associada a um laser com comprimento de onda de 848 nanômetros.
Os relógios detectaram uma diferença de 5 milímetros entre as posições dos íons, embora estivessem sobre a mesma mesa. O resultado está relacionado à Teoria da Relatividade de Albert Einstein, segundo a qual o tempo passa em ritmos ligeiramente diferentes conforme o campo gravitacional.
A posição dos íons foi medida separadamente com precisão de aproximadamente um milímetro. A equipe também observou que comparações com outros relógios ópticos muito precisos são dificultadas pelas próprias variações do campo gravitacional da Terra, perceptíveis em equipamentos com incertezas na ordem de 10⁻¹⁹.
Os pesquisadores pretendem reduzir a estrutura do relógio, hoje de escala laboratorial, para que ele possa ser transportado. A meta é preservar a precisão alcançada e usar o equipamento para medir pequenas alterações no campo gravitacional, testar teorias da física fundamental e aperfeiçoar sistemas que dependem de medições precisas.
