Cientistas do National Institute of Standards and Technology (Nist), um dos principais centros de pesquisa em física dos Estados Unidos, desenvolveram o relógio mais preciso já construído. A nova versão do chamado “relógio de lógica quântica” consegue medir o tempo com precisão de até 19 casas decimais, superando em 41% o modelo anterior e levando a medição do tempo a um novo patamar.
Com base em átomos de alumínio e magnésio controlados por lasers e mantidos próximos ao zero absoluto, o equipamento é tão preciso que levaria 57,6 bilhões de anos — cerca de quatro vezes a idade do Universo — para adiantar ou atrasar um segundo.
A novidade foi publicada na revista Physical Review Letters e coloca em xeque a definição atual do “segundo”, estabelecida em 1967 com base nas vibrações do césio-133. Agora, a nova geração de relógios atômicos ópticos, como este do Nist, se mostra muito mais precisa ao usar frequências de luz, e não mais micro-ondas, para medir o tempo.
Os relógios tradicionais utilizam métodos que vão da rotação da Terra ao movimento de pêndulos ou cristais de quartzo. Já os relógios atômicos medem o tempo a partir da frequência natural de vibração de átomos, como o césio, ao serem excitados por micro-ondas. Essa tecnologia já era considerada extremamente precisa e serve de base para o Sistema Internacional de Unidades (SI) definir o “segundo”.
Mas os novos relógios ópticos vão além, pois se baseiam em oscilações de frequências de luz, muito mais altas que as micro-ondas. O resultado é uma precisão ainda maior.
Como funciona o relógio?
O relógio do Nist utiliza um íon de alumínio, que vibra em frequência extremamente estável, combinado a um íon de magnésio, que ajuda no resfriamento e na leitura da vibração. A dupla é mantida em uma espécie de “gaiola” eletromagnética dentro de uma câmara de titânio, em alto vácuo, para evitar qualquer interferência externa — como colisões com átomos de hidrogênio.
“O íon de magnésio resfria o íon de alumínio, desacelerando-o. Ele também se move em conjunto com seu parceiro, e o estado do relógio pode ser lido por meio do magnésio. Isso é o que faz dele um ‘relógio de lógica quântica’”, explicaram os pesquisadores do Nist.
Para aumentar ainda mais a estabilidade, a estrutura recebeu uma lâmina de diamante mais espessa e eletrodos revestidos de ouro, o que suaviza variações nos campos elétricos internos. O laser, por sua vez, foi turbinado com “pentes de frequência óptica”, permitindo sondar os átomos por um segundo inteiro — um salto significativo em relação ao recorde anterior de apenas 150 milissegundos.
O ganho é impressionante: para atingir a precisão de 19 casas decimais, o relógio anterior levava cerca de três semanas de medição. Agora, o novo modelo realiza o mesmo em apenas um dia e meio.
Desde 1967, o tempo que conhecemos é medido com base no comportamento do césio. No entanto, com os avanços nos relógios ópticos, essa convenção poderá ser revista. O novo equipamento do Nist mostra que o “tique-taque” do alumínio não apenas é mais estável como também menos sensível às interferências ambientais.
Mais do que uma curiosidade científica, relógios como esse são essenciais para navegação via satélite, comunicações ultra-rápidas, pesquisas astronômicas e até para o desenvolvimento de tecnologias de computação quântica.
