Avanço científico: laser mede distâncias com precisão inédita

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Pesquisadores desenvolveram uma nova técnica de medição de distância baseada em lasers, conhecida como Two-Way Dual-Comb Ranging (TWDCR), capaz de medir a distância entre instrumentos localizados a mais de 100 quilômetros com uma precisão inédita — equivalente a uma fração da espessura de um fio de cabelo humano.

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Essa inovação tem o potencial de melhorar a formação de satélites e aumentar a precisão de instrumentos científicos em áreas como a detecção de ondas gravitacionais e a interferometria astronômica de linha de base muito longa, usada, por exemplo, para captar imagens de buracos negros.

Os lasers são amplamente reconhecidos por sua precisão, já que utilizam uma única frequência de luz. O comprimento de onda do laser pode ser medido com tal exatidão que já foi usado para definir o comprimento de um metro.

Na teoria, ao calcular o número de comprimentos de onda necessários para um laser viajar até um local e retornar, é possível determinar a distância com extrema precisão. Contudo, na prática, desafios técnicos como perdas de transmissão e ruídos dificultam a aplicação em distâncias mais longas.

O artigo técnico que descreve o avanço está disponível no portal ArXiv.org, mas ainda aguarda revisão por pares para validação completa.

A inovação da técnica de medir distâncias a laser TWDCR

• A nova abordagem, detalhada por pesquisadores majoritariamente da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, utiliza Combs de Frequência Óptica (OFCs) — dispositivos que emitem luz em comprimentos de onda regularmente espaçados.
• Esses instrumentos revolucionários já renderam o Prêmio Nobel de Física em 2005 aos seus inventores devido às suas diversas aplicações.
• Anteriormente, o uso desses combs para medições de distância era limitado a cerca de um quilômetro devido às interferências atmosféricas.
• Com a técnica TWDCR, os pesquisadores conseguiram superar essa barreira.
• Eles sincronizaram os planos de referência em dois laboratórios localizados em Nanshan e Gaoyazi com relógios locais, em vez de utilizar um relógio comum, e reestruturaram o sistema de medição para reduzir perdas de energia e aumentar a precisão.

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Resultados impressionantes

Os lasers foram disparados entre os dois locais, separados por 113 quilômetros, usando comprimentos de onda centrais de 1545 e 1563 nanômetros. O resultado foi uma medição com margem de erro de apenas 82 nanômetros — aproximadamente 0,000003 polegadas. Mesmo em um intervalo de pouco mais de um milissegundo, a precisão foi menor que a largura de um fio de cabelo humano.

Essa conquista foi possível devido à escolha estratégica dos laboratórios, localizados em altitudes elevadas com um vale no meio, minimizando a interferência causada pela curvatura da Terra. Apesar dos resultados promissores, os pesquisadores reconhecem que o método precisa ser validado em distâncias menores, onde outras técnicas já estabelecidas possam confirmar sua precisão.

Desafios e perspectivas futuras

Embora a TWDCR ofereça vantagens significativas em precisão e alcance, sua configuração é mais complexa e a extração de dados é mais trabalhosa. Por esse motivo, a técnica não é prática para medições curtas.

No entanto, seu uso pode ser revolucionário em medições como a distância até satélites, permitindo análises precisas do campo magnético terrestre e outras aplicações científicas.