Superátomos luminosos podem redefinir a precisão de medições temporais
Um novo estudo da Universidade de Copenhaga pode levar a relógios atómicos mais precisos, com melhorias substanciais no GPS, nas viagens espaciais e monitorização dos vulcões. Contamos-lhe mais aqui!
O segundo é a unidade de medida mais bem definida que temos, em comparação com o quilograma, o metro ou o Kelvin. Mas como é que os nossos relógios controlam o tempo?
Hoje, o tempo é medido por relógios atómicos em diferentes partes do mundo, que juntos nos dizem que horas são. Com a utilização de ondas de rádio, os relógios atómicos enviam sinais constantemente que são sincronizados com os nossos computadores, telefones e relógios de pulso num mundo cada vez mais dependente da precisão.
Como o estudo publicado pelo bisneto de Niels Bohr pode melhorar a precisão temporal?
Para fazer frente à necessidade de precisão, um novo estudo da Universidade de Copenhaga pode revolucionar a forma como medimos o tempo. O estudo, liderado pelo Dr. Eliot Bohr – bisneto do renomado físico Niels Bohr – propõe um método inovador para medir o tempo com maior precisão do que os relógios atómicos mais modernos, abrindo caminho para uma gama de aplicações que vai desde GPS mais precisos até missões espaciais mais seguras.
Os relógios atómicos são atualmente os dispositivos mais precisos para medir o tempo, utilizando átomos de estrôncio (Sr) ou césio (Cs) que oscilam a uma taxa de milhões de vezes por segundo. No entanto, a precisão destes relógios é limitada pelo aquecimento dos átomos pelos lasers utilizados para ler as oscilações, o que acaba por contribuir para que os átomos desapareçam e diminuam a precisão geral.
Proposta de método inovador baseado no fenómeno quântico de “super-radiação”
O Dr. Bohr e a sua equipa propõem, então, um método inovador que utiliza um fenómeno quântico chamado “super-radiação” para superar estas limitações num estudo publicado na revista científica Nature Communications. A “super-radiação” ocorre quando um grupo de átomos se emaranha e emite simultaneamente um forte sinal de luz. Ao utilizar espelhos para amplificar esta luz, pode ler-se as oscilações dos átomos com maior precisão, sem a necessidade de aquecê-los excessivamente.
Esta nova tecnologia de “super-radiação” tem o potencial de revolucionar diversas áreas que dependem da precisão do tempo. O GPS, por exemplo, poderia tornar-se ainda mais preciso, permitindo uma navegação mais confiável e eficiente. As viagens espaciais também beneficiariam de relógios atómicos mais precisos, possibilitando missões ainda mais seguras.
De facto, os átomos têm uma temperatura de -273ºC – muito perto do zero absoluto – e dois espelhos com um campo de luz entre eles podem amplificar a interação dos átomos.
GPS, missões espaciais e erupções vulcânicas
De acordo com Eliot Bohr, o resultado mais recente da investigação pode ser benéfico para tornar o sistema de GPS ainda mais preciso. Os cerca de 30 satélites que orbitam constantemente a Terra e nos dizem onde estamos precisam da medição do tempo pelos relógios atómicos também.
A par disso, a monitorização vulcânica também poderia ser aprimorada com relógios atómicos mais precisos, permitindo aos cientistas detetar e prever erupções com maior antecedência.
A “super-radiação” pode abrir caminho para muitas outras aplicações, ainda não imaginadas, que se baseiam na medição precisa do tempo.
Referência da notícia
Bohr, E. A., Kristensen, S. L., Hotter, C., Schäffer, S. A., Robinson-Tait, J., Thomsen, J. W., ... & Müller, J. H. (2024). Collectively enhanced Ramsey readout by cavity sub-to superradiant transition. Nature Communications, 15(1), 1084. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45420-x