Físicos revelaram recentemente ao público o relógio mais preciso do mundo, cujo design exclusivo é baseado na organização especial dos átomos de estrôncio no espaço tridimensional. Descobriu-se que este dispositivo é útil não apenas para medir o tempo, mas também para procurar por misteriosa matéria escura nas profundezas do espaço.
Cientistas do Laboratório JILA de Boulder na Universidade do Colorado desenvolveram um relógio atômico quântico incrivelmente preciso baseado em uma estrutura tridimensional única. O projeto literalmente estabeleceu uma nova referência para o fator de qualidade - uma métrica que caracteriza a precisão da medição. O relógio forma átomos de estrôncio em um cubo, que é 1000 vezes mais denso que o relógio unidimensional anterior. Pela primeira vez, o design permite que os cientistas usem com sucesso o chamado "gás quântico" para esse propósito.
O relógio mais preciso do mundo
Um relógio atômico (também conhecido como quantum ou relógio molecular) é um dispositivo para medir o tempo, no qual não um mecanismo de silício é usado como um processo periódico, mas vibrações que ocorrem nos níveis atômico e molecular. Por exemplo, de acordo com o sistema SI internacional, 1 segundo é igual a 9 192 631 770 períodos de radiação eletromagnética decorrente da transição entre dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133.
Anteriormente, cada átomo em um relógio atômico era considerado uma partícula separada e, portanto, as interações entre os átomos poderiam causar imprecisões nas medições feitas. No entanto, o "sistema quântico de muitos corpos" usado no novo projeto organiza os átomos de acordo com um certo padrão, o que permite que eles bloqueiem sua interação, independentemente de quantos átomos os cientistas eventualmente introduziram no aparelho. Um estado da matéria conhecido como gás Fermi degenerado (um gás composto por partículas de Fermi) permite que todos os átomos do sistema sejam quantizados.
"O aspecto mais importante do potencial de um relógio quântico de gás é sua capacidade de aumentar o número de átomos, o que resulta em um grande aumento na estabilidade", explica o físico Jun Yeh, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), que trabalhou no projeto. Segundo ele, a humanidade está entrando em "uma era verdadeiramente emocionante em que podemos submeter a matéria à engenharia quântica para medir quantidades específicas". Em testes de laboratório, o erro foi de 3,5 x 10 quintilhões - este é o primeiro relógio atômico a atingir tal precisão impressionante.
Thomas O'Brian, chefe de física quântica do NIST e líder do projeto, afirma que "um relógio de estrôncio usando um gás quântico é um exemplo notável de tecnologias de" nova revolução quântica ", às vezes referidas como" quantum 2.0 ". Ele também está confiante de que tal abordagem e o desenvolvimento de tecnologias semelhantes no futuro permitirão o uso de correlações quânticas para uma ampla gama de medições e até mesmo para tecnologias não relacionadas ao tempo.
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Tempo e espaço
O relógio atômico, por exemplo, é ótimo para pesquisas sobre a compreensão da matéria escura. Os pesquisadores já sugeriram que o estudo de pequenos erros na operação de relógios atômicos rastreará nada mais do que "bolsões" de matéria escura no espaço. Estudos anteriores mostraram que um sistema de relógio atômico e até mesmo um aparelho altamente sensível pode registrar mudanças na frequência de vibração dos átomos e da radiação laser se eles passarem por uma área de matéria escura. Considerando que o novo projeto é muito mais estável e preciso que seus antecessores, talvez ele nos ajude a desvendar um dos mistérios mais interessantes do Universo.
Vasily Makarov
