Relógios ópticos podem mudar como o tempo é medido no mundo

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Pesquisadores de seis países deram um passo importante rumo à redefinição do segundo, uma meta internacional que pode se concretizar ainda nesta década. O avanço foi descrito em um estudo recente que detalha a maior comparação coordenada já realizada entre relógios ópticos, instrumentos de medição extremamente precisos, considerados até 100 vezes mais exatos que os relógios de césio, usados atualmente como padrão global.

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A pesquisa envolveu a análise simultânea de dez relógios ópticos ao longo de 45 dias. O objetivo foi reduzir as incertezas nas medições anteriores e aproximar esses dispositivos da adoção como novo padrão para escalas internacionais de tempo. Com isso, os cientistas acreditam que estamos mais perto de uma transformação significativa na forma como medimos o tempo — com impactos que vão da meteorologia até estudos sobre a física fundamental do universo.

O que são relógios ópticos?

• Relógios ópticos são instrumentos altamente sofisticados que utilizam átomos resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto.
• Após esse processo, lasers excitam esses átomos, e os pesquisadores medem suas vibrações — conhecidas como razões de frequência.
• Essas vibrações extremamente estáveis são então usadas como referência para contar os “tiques” de um segundo.
• Segundo os cientistas envolvidos no estudo, essa técnica é muito mais precisa do que a utilizada nos relógios atômicos de césio, adotados como referência desde os anos 1960.
• Para efeito de comparação, estima-se que um relógio óptico só adiantaria ou atrasaria um segundo após bilhões de anos, enquanto relógios comuns de pulso podem apresentar desvios em questão de meses.
• Apesar da precisão, construir e operar um relógio óptico é uma tarefa complexa.
• Estima-se que existam apenas cerca de 100 desses dispositivos no mundo.
• Cada modelo usa diferentes tipos de átomos, com frequências únicas, o que dificulta a padronização.
• Por isso, compará-los entre si é essencial para criar um novo marco de tempo confiável.

Cooperação internacional e tecnologia de ponta

O experimento foi conduzido no âmbito do projeto europeu ROCIT e contou com a participação de cientistas da Finlândia, França, Alemanha, Itália, Reino Unido e Japão. Para a comparação, os pesquisadores utilizaram uma combinação de cabos de fibra óptica e conexões via satélite. Este é um diferencial importante em relação a estudos anteriores, que se limitavam às conexões satelitais.

“Comparar múltiplos relógios ao mesmo tempo e com mais de uma tecnologia de enlace fornece muito mais informações do que as comparações em pares realizadas até agora”, explicou Thomas Lindvall, cientista sênior do centro de metrologia VTT MIKES, ao Popular Science.

A infraestrutura usada conectou diferentes laboratórios ao longo de milhares de quilômetros na Europa. Ao todo, foram obtidas 38 razões de frequência simultâneas, sendo quatro delas inéditas. As demais foram medidas com um nível de precisão superior ao alcançado até então, conforme destacaram os pesquisadores.

“Essas medições trazem informações essenciais sobre o que ainda precisa ser feito para que os relógios ópticos atinjam a confiabilidade necessária para o uso em escalas internacionais de tempo”, afirmou Marco Pizzocaro, pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisa Metrológica da Itália (INRiM).

Impactos vão além da medição do tempo

Embora ainda sejam necessárias novas comparações para validar os relógios ópticos como padrão global, o estudo aumenta o otimismo da comunidade científica. A adoção desses dispositivos pode beneficiar não só a sincronização global de sistemas, como também permitir testes mais precisos da teoria da relatividade e investigações sobre fenômenos como a matéria escura.

Ao mesmo tempo, outras tecnologias promissoras também estão em desenvolvimento. Entre elas, os chamados relógios nucleares, que medem a vibração não de um átomo inteiro, mas de um núcleo atômico. Segundo o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST), um protótipo desse tipo de relógio está em fase avançada.

“Imagine um relógio de pulso que não perdesse nem um segundo, mesmo funcionando por bilhões de anos”, comentou o físico Jun Ye, do NIST e do instituto JILA, após o anúncio do protótipo. “Ainda não chegamos lá, mas essa pesquisa nos aproxima desse nível de precisão.”