646: Dois novos relógios atómicos provaram a dilatação do tempo à menor escala de sempre

CIÊNCIA/MECÂNICA QUÂNTICA

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A ligação entre a relatividade e a mecânica quântica tem sido uma caixa negra para o mundo da física durante décadas.

De acordo com a Universe Today, isso resulta parcialmente da dificuldade em recolher dados sobre sistemas que fazem interface entre os dois.

A relatividade é o reino dos super-massivos, enquanto a mecânica quântica pode ser melhor descrita como o reino das miniaturas.

Mas, existe, de facto, um domínio particular onde eles se sobrepõem. Um dos resultados da relatividade é que a gravidade pode afectar o fluxo do tempo — um fenómeno conhecido como “dilatação do tempo

Este efeito foi agora estudado por investigadores do National Institute of Standards and Technology (NIST) nos EUA, que usaram um relógio atómico extraordinariamente preciso.

A própria dilatação temporal é um conceito bem definido. Esta nem sequer é a primeira vez que os engenheiros do NIST a provam utilizando relógios atómicos.

Conceptualmente, a dilatação do tempo significa que a própria gravidade abranda o tempo. Assim, um objecto que está a experimentar uma elevada gravidade vai fazê-lo durante menos tempo.

Um dos exemplos mais famosos do conceito foi provavelmente capturado no filme Interstellar. Os heróis acabam num mundo perdido, à procura de um explorador que apenas tinha passado algumas horas na superfície do planeta, enquanto os anos passavam na Terra.

No caso do filme, essa dilatação temporal deve-se à elevada gravidade causada por um buraco negro perto do planeta, mas os mesmos efeitos podem ser vistos a uma escala de minutos mesmo aqui na Terra.

Investigadores do NIST já tinham antes provado este efeito, medindo a dilatação temporal de dois relógios atómicos, colocados próximo um sobre o outro, a uma distância de apenas 33 cm. Mesmo com essa ligeira distância, foi possível detectar alterações perceptíveis na gravidade.

Desta vez, os investigadores reduziram essa distância para apenas um milímetro.

Ter dois relógios atómicos separados que se aproximam é fisicamente impossível, pelo que o investigador Jun Ye e o resto da equipa conceberam um novo relógio, para ser usado especificamente neste estudo.

Os dispositivos costumam utilizar a vibração de um certo tipo de átomo para contar o tempo. A própria definição de um segundo é baseada nas vibrações de um átomo de césio.

Os investigadores usaram uma estrutura conhecida como “malha óptica”, que contém cerca de 100.000 átomos individuais de estrôncio numa estrutura definida.

Também desenvolveram um sistema de imagem para monitorizar de perto a parte superior e inferior da grelha, parecida com um monte de panquecas, apenas a uma escala atómica.

A distância entre a parte superior e inferior da grelha óptica media apenas um milímetro, tornando-a na menor distância alguma vez observada numa experiência deste género.

Ainda assim, observou-se uma diferença perceptível no tempo vivido pela parte superior da malha em relação à parte inferior.

Foram apenas 0,0000000000000000001 segundos, mas os cientistas estavam definitivamente a contar — o que comprova as expectativas da relatividade geral.

No entanto, provar uma teoria que já foi provada dezenas de vezes não foi o único resultado da experiência.

A técnica utilizada pelos investigadores aponta para a construção potencial de um relógio que é 50 vezes mais preciso do que qualquer outro existente.

Mais uma vez, pode parecer um exagero, uma vez que a maioria dos relógios atómicos são mais do que adequados para medições no nosso mundo macro.

Mas na mecânica quântica, o próprio tempo torna-se diferente, uma vez que as ligeiras alterações de gravidade em distâncias mínimas são um factor complexo que dificulta a nossa compreensão do tema.

Relógios mais precisos podem potencialmente explorar essas pequenas distâncias de uma forma nunca antes possível, e este novo relógio atómico baseado na “nuvem atómica” pode ser uma forma de o fazer.

Há ainda uma ordem de grandeza de melhoria na precisão necessária antes de qualquer experiência deste tipo poder ser realizada.

Mas com sorte, determinação, e financiamento, melhores relógios atómicos poderiam abrir o caminho para desvendar um dos maiores mistérios da física.

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28 Fevereiro, 2022