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Cientistas americanos criam relógio mais preciso do mundo

Desenvolvido para uso em pesquisas científicas, o relógio atômico de itérbio apresenta uma variação de menos de um segundo em 13,8 bilhões de anos, a idade estimada do universo

Por Da Redação
Atualizado em 6 Maio 2016, 16h17 - Publicado em 23 ago 2013, 16h20

Cientistas americanos anunciaram nesta quinta-feira a criação do relógio mais preciso do mundo. O relógio atômico de itérbio (um elemento químico metálico) é dez vezes mais preciso do que outros dispositivos já desenvolvidos: ele apresenta uma variação de menos de um segundo em 13,8 bilhões de anos, a idade estimada do universo. Isso significa que, se fosse um relógio de pêndulo, ele oscilaria com precisão por todo esse tempo, sem precisar ser ajustado.

CONHEÇA A PESQUISA

Título original: An Atomic Clock with 10−18 Instability

Onde foi divulgada: periódico Science

Quem fez: N. Hinkley, J. A. Sherman, N. B. Phillips, M. Schioppo, N. D. Lemke, K. Beloy, M. Pizzocaro, C. W. Oates e A. D. Ludlow

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Instituição: Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, EUA

Resultado: O relógio atômico de itérbio, um elemento químico metálico, é dez vezes mais preciso do que outros dispositivos já desenvolvidos: ele apresenta uma variação de menos de um segundo em 13,8 bilhões de anos, a idade estimada do universo

Tamanha exatidão só é possível por se tratar de um relógio atômico. Os relógios mais antigos registravam a passagem do tempo a partir do movimento de um pêndulo. Posteriormente, os modelos digitais passaram a contar oscilações de linhas de energia ou da vibração de um cristal de quartzo. Já os relógios atômicos, desenvolvidos com alta precisão para uso em experimentos científicos, identificam a frequência de radiação eletromagnética emitida por um átomo.

Assim, cada “tique taque” de um relógio desses é medido pelas mudanças de um grupo de átomos entre dois níveis de energia. A definição mais precisa de segundo que existe atualmente corresponde ao tempo que átomos de césio levam para oscilar 9.192.631.770 vezes entre os dois estágios.

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Porém, em vez do césio, o novo relógio, descrito em um estudo publicado nesta quinta-feira no periódico Science, utiliza como matéria-prima o elemento químico itérbio. Como os átomos de itérbio são capazes de oscilar mais rapidamente do que os de césio, um segundo pode ser dividido em mais partes, o que aumenta a precisão do relógio. Segundo os autores, o relógio de itérbio é dez vezes mais preciso do que os relógios atômicos anteriores.

O aparelho é feito com 10.000 átomos de itérbio, resfriados a uma temperatura de 10 microkelvins, cerca de -273 graus Celsius – próximo ao zero absoluto, a menor temperatura possível de ser atingida. Com uso de um laser, esses átomos são presos em uma rede óptica que consiste em uma série de buracos, como em uma caixa de ovos. Então outro laser é aplicado sobre os átomos, a uma frequência de 518 trilhões de oscilações por segundo, provocando a mudança de níveis de energia que faz o relógio funcionar.

A grande quantidade de átomos utilizada e o fato de eles estarem congelados e presos em uma posição contribuem para a estabilidade do relógio.

Aplicações – As principais aplicações de um relógio superpreciso não são no campo da medição do tempo, e sim na melhoraria dos sistemas de posicionamento global (GPS). Ele também possibilita uma ampla gama de medições que têm efeitos sobre os relógios atômicos, como a gravidade, os campos magnéticos e a temperatura.

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Teoria da Relatividade – “A estabilidade do relógio de itérbio abre as portas para inúmeras aplicações”, afirma Ludlow Andrews, físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST, na sigla em inglês) e um dos autores do estudo.

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Uma aplicação para o relógio que tem empolgado muitos cientistas é a possibilidade de testar a Teoria da Relatividade de Albert Einstein. Segundo esta teoria, o tempo deve passar mais devagar em um local com campo gravitacional mais forte. Porém, experimentos científicos realizados na Terra, onde as massas e a força gravitacional são pequenas em comparação a outras regiões do universo, não são capazes de comprovar ou negar a maioria dessas teorias.

Um instrumento tão preciso quanto o relógio de itérbio poderia resolver o problema. Ainda que a gravidade na Terra não seja tão intensa, ele é capaz de sentir o impacto de pequenas alterações gravitacionais. Isso significa que um relógio atômico localizado alguns quilômetros acima do nível do mar estaria sob a influência de um campo gravitacional ligeiramente mais fraco do que um relógio que estivesse no nível do mar. Sendo assim, o primeiro poderia apresentar um “tique-taque” um pouco mais rápido.

Saiba mais

TEORIA DA RELATIVIDADE

A Teoria da Relatividade foi desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein no início do século XX. Ela pode ser dividida em dois campos: a relatividade restrita e a geral. Um dos postulados da relatividade restrita diz que a velocidade da luz medida no vácuo é a mesma sob qualquer referencial de observação. Mesmo que um objeto esteja se afastando ou se aproximando, a velocidade relativa da luz não muda. Para que a velocidade seja sempre a mesma, é necessário que as coordenadas que descrevem o tempo e o espaço passem a ser variáveis, dependentes da cada referencial.

Já a relatividade geral explica como a gravidade emerge a partir da deformação do espaço-tempo. Segundo Einstein, o espaço e o tempo são uma coisa só, um tecido que é alterado pela presença de massa (e energia). É como se este fosse uma grande superfície elástica. Planetas colocados sobre essa superfície “afundam” o plano por causa de sua massa ou velocidade. À medida que um satélite, por exemplo, se move na direção de um planeta, ele cai em direção ao astro por causa dessa deformação. Se o espaço-tempo for uma espécie de superfície que se estica com a presença de objetos pesados, isso também significa que o tempo passa mais devagar nas proximidades desses objetos.

(Com Agência France-Presse e Efe)

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