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Caça aos atrasos

Pesquisadores norte-americanos desenvolvem relógio atômico ainda mais preciso que os atuais. A novidade, apresentada na revista Science, vai auxiliar o funcionamento de dispositivos como a internet e o GPS

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postado em 23/08/2013 16:00 / atualizado em 23/08/2013 11:10

“Passa, tempo, tic-tac / Tic-tac, passa, hora / Chega logo, tic-tac / Tic-tac, e vai-te embora / Passa, tempo / Bem depressa / Não atrasa / Não demora / que já estou muito cansado.” Em O relógio, Vinicius de Moraes pede para que o marcador do tempo não atrase. Pois cientistas tentam realizar esse desejo com extrema precisão. Na edição de hoje da revista Science, pesquisadores apresentam o mais estável relógio atômico já construído. O feito deve ajudar o meio científico em diversos experimentos e aprimorar a qualidade de aparelhos e sistemas de informação corriqueiros, como os satélites de comunicação, a internet e o GPS.

A pesquisa foi realizada pelo National Institute of Standards and Technology (Nist), dos Estados Unidos. Os cientistas buscaram uma maneira de melhorar um dispositivo que já tinha uma precisão impressionante: os relógios atômicos atuais atrasam apenas 1 segundo a cada 30 milhões de anos. A nova máquina se mostra 10 vezes mais acurada, graças à estabilidade. “Se um relógio é estável, significa que ele funciona de maneira regular ou uniforme ao longo do tempo. A estabilidade é uma das figuras mais importantes para os relógios atômicos, que têm sido fundamentais para a ciência e a tecnologia, levando a inovações como o posicionamento global de comunicações avançadas”, justifica o físico e coautor do experimento Andrew Ludlow.

A equipe do Nist apresentou dois equipamentos cujo segredo é o emprego de 10 mil átomos de itérbio — os modelos geralmente usam o césio 133. Essas partículas foram resfriadas a 10 microkelvins e depois reaquecidos por meio de um laser de frequência mais baixa, criado pela própria equipe. O procedimento permite driblar efeitos de rompimentos causados pelas colisões entre os átomos, que leva à instabilidade. “O motivo pelo qual a estabilidade é tão boa para este novo relógio é a frequência muito elevada desses átomos (uma frequência óptica de centenas de terahertz). Existem muitos átomos utilizados no relógio, que demandam um grande sinal para medir. Usamos um laser para excitá-los em uma frequência baixa, que pode ser cuidadosamente controlada e evitar que aconteçam vários efeitos que poderiam, potencialmente, levar a mudanças no relógio atômico”, explica o pesquisador. Os resultados já são melhores do que os relógios utilizados atualmente. “Um relógio como esse é cerca de 10 vezes melhor do que os melhores resultados já obtidos”, complementa.

Daniel Varela, professor de engenharia da Universidade de São Paulo (USP) no câmpus de São Carlos, explica que esse número é um grande avanço. “Podemos dizer que ele é uma casa decimal mais preciso que o césio. O que é muito bom, porque você tem um padrão de frequência mais estável. É como se fosse uma régua, que tem várias regiões. Quanto maior a exatidão, melhor o resultado”, destaca.

Segundo Claudio Furukawa, professor e físico da USP, os resultados foram conquistados graças às propriedades do átomo de itérbio. “Ele tem uma luz visível e uma frequência muito maior. Por isso, conseguimos mais precisão”, declara o especialista. O professor também explica que a precisão obtida com o experimento dos cientistas se deve também à técnica utilizada. “Os recursos usados para calibrar e padronizar esses átomos, que possuem mais vibração, podem dar mais estabilidade. Mas, para isso, você precisa regulá-los com essas ferramentas, como o laser de baixa pressão.”

 Ludlow afirma que o relógio atômico de itérbio levou 10 anos para ser desenvolvido, mas que outros projetos parecidos já surgiram em pesquisas de outros cientistas. “Outros tipos de relógios de rede óptica também estão sendo desenvolvidos utilizando átomos de estrôncio e mercúrio. Embora esse relógio de itérbio seja o primeiro a alcançar esse novo nível de estabilidade, em princípio, outros aparelhos têm o potencial para fazê-lo bem, e esperamos que isso aconteça no futuro”, destaca o cientista.

Melhorias
Com a maior estabilidade do relógio atômico, muitas melhorias podem ser conquistadas no campo da ciência. Uma delas é o estudo das leis da gravidade. “Os cientistas estão interessados no presente, porque a teoria de Einstein é muitas vezes considerada incompatível com outras propostas. Desse modo, experimentos que possam avaliar previsões de sua teoria ou alternativas são bastante úteis. Esses relógios podem ser utilizados para testar essa previsão quantitativamente”, explica Ludlow. “Além disso, o relógio é sensível à gravidade e pode ser utilizado como ferramenta para medir o campo gravitacional local. Isso pode ser especialmente importante para detetar pequenas variações espaciais e temporais no campo gravitacional da Terra, com aplicações em hidrologia e geologia”, completa.

Para Furukawa, as implicações de um relógio mais estável ajudarão bastante o funcionamento de eletrônicos. “Quando você consegue uma marcação de tempo mais eficiente, você também beneficia processos que precisam de estabilidade e precisão, como o GPS e a determinação de locais para colocar microsatélites de comunicação. Tudo isso precisa ser calculado para que possa funcionar da melhor forma”, explica. “Na ciência, sempre buscamos melhorar nossas ferramentas para que as pesquisas sejam sempre desenvolvidas da melhor forma”, acrescenta.

 

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