Lido no ScienceAlert / Universo Racionalista, citando artigo de Mike McRae, na Nature
Nada marca o tempo tão bem como o coração de um átomo batendo. Mas mesmo o tique-taque de um núcleo vibrante é limitado pelas incertezas impostas pelas leis da mecânica quântica.
Muitos anos atrás, pesquisadores do MIT e da Universidade de
Belgrado, na Sérvia, propuseram que o emaranhamento quântico poderia empurrar
os relógios para além desta fronteira imprecisa.
Agora, temos uma prova de conceito na forma de um
experimento. Os físicos conectaram uma nuvem de átomos de itérbio-171 com
fluxos de fótons refletidos de uma sala de espelhos ao redor e mediram o tempo
de seus minúsculos movimentos.
Seus resultados mostram que o emaranhamento de átomos dessa
maneira pode acelerar o processo de medição do tempo dos relógios nucleares
atômicos, tornando-os mais precisos do que nunca. Em princípio, um relógio
baseado nesta nova abordagem teria um prejuízo de apenas 100 milissegundos
desde os inícios dos tempos.
Semelhante a outros relógios de última geração baseados nos
núcleos dos átomos de césio e tório, o tempo nesse tipo de configuração é
dividido pelas oscilações em um núcleo de itérbio depois que ele absorve uma
energia de luz específica.
Uma vez que o núcleo do itérbio pode ser feito para zumbir a
uma taxa 100.000 vezes mais rápida do que o núcleo de um átomo de césio, ele é
um mecanismo de cronometragem muito mais preciso.
Mas chega um ponto em que a física quântica diz que é
impossível dizer exatamente onde as oscilações de um átomo começam e param.
Este Limite Quântico Padrão (SQL) atua de forma tênue no pêndulo atômico; você
pode ter um relógio mais rápido, mas de que adianta se você nem consegue
medi-lo?
Sem uma maneira de superar esse obstáculo, realmente não
importa se trocamos um conjunto de núcleos atômicos por um tipo mais preciso –
essa confusão quântica estabelece um limite rígido para a precisão dos relógios
atômicos.
Um truque é registrar as frequências de vários átomos
zumbindo ao mesmo tempo dentro de uma rede que consiste em centenas de
minúsculos pêndulos atômicos. As tecnologias atuais de relógio atômico usam
lasers projetados para serem o mais estáveis possível, fornecendo a cada
átomo uma frequência de luz extremamente semelhante. Ao combinar sua
indefinição coletiva, as incertezas individuais se tornam médias.
Este novo método vai um passo além da média neste processo.
Ao conectar os átomos de uma forma que emaranha as probabilidades quânticas de
seus spins, é possível redistribuir a incerteza no sistema, aumentando a
precisão em algumas partes em detrimento de outras.
“É como se a luz servisse como um elo de comunicação entre
os átomos”, disse o físico do MIT Chi Shu.
“O primeiro átomo que vê esta luz vai modificar ligeiramente
a luz, e essa luz também modifica o segundo átomo, e o terceiro átomo, e
através de muitos ciclos, os átomos se conhecem coletivamente e começam a se
comportar de forma semelhante.”
Não importa qual método seja usado, quanto mais você ouvir
os zumbidos, mais preciso será o resultado final. Neste caso, a equipe
descobriu que o emaranhamento tornou o processo de medição cerca de três vezes
mais rápido em comparação com os relógios atuando no SQL.
Isso pode não parecer algo tão dramático, mas um aumento de
velocidade pode ser exatamente o que precisamos para estudar algumas das
influências mais sutis que o Universo tem no tempo.
“Conforme o Universo envelhece, a velocidade da luz muda? A
carga do elétron muda?” disse o pesquisador principal Vladan Vuletic, do MIT.
“Isso é o que você pode sondar com relógios atômicos mais
precisos.”
Poderia até nos permitir encontrar o ponto em que a
relatividade geral se desintegra, apontando para uma nova física que conecta a
curvatura definida do espaço-tempo com a natureza incerta dos campos quânticos.
Ou permitiria até melhor medir as características de distorção do tempo da
matéria escura.
Estando diante de uma nova era em física e astronomia, realmente vamos precisar do tempo ao nosso lado.
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