Relógios atômicos: quanto tempo o tempo tem?

Pesquisadores da Universidade de Birmingham estão desenvolvendo uma nova geração de relógios atômicos. Eles são não apenas menores em tamanho, mas também ainda mais precisos para marcar o tempo. Mais acurados e menos sensíveis às condições climáticas, vibrações mecânicas e interferências eletromagnéticas, eles ganharão mobilidade e poderão ser usados em diversas outras aplicações fora dos laboratórios.

Para que servem relógios atômicos?

Os relógios atômicos, também chamados relógio quânticos, são usados para medir o tempo com altíssimo grau de precisão. Para isso, usam a contagem das transições hiperfinas de energia dos elétrons de elementos químicos, como césio, hidrogênio e rubídio-87, para medir a passagem do tempo de forma extremamente precisa.

Um dos principais usos dos relógios atômicos é na calibração dos GPS (do inglês Global Position System). O Sistema de Posicionamento Global mede a diferença de tempo entre as ondas eletromagnéticas emitidas em diferentes pontos da Terra. É dessa forma que ele calcula a posição da fonte que emite o sinal. Porém, a gravidade da Terra causa pequenas distorções na relação entre espaço e tempo. Os relógios atômicos servem exatamente para corrigir essas distorções.

Eles são essenciais também em sistemas de comunicação que usam satélites, como a internet, telefone e outras formas de comunicação em tempo real, assim como sistemas de navegação e até os usados em transações financeiras, como nas bolsas de valores, e outras na rede. Ou seja, em áreas em que cada milésimo de segundo pode fazer a diferença.

Apesar de estarem evoluindo rapidamente, os relógios quânticos impõem algumas limitações para que sua utilidade possa ser aplicada a várias outras áreas. Eles possuem estruturas grandes e complexas.

A boa notícia é que o modelo desenvolvido pela equipe da Universidade de Birmingham, sediada no Quantum Technology Hub Sensors and Timing do Reino Unido, é mais de 10 vezes menor do que os atuais e pesa menos de 75 kg.

Além disso, a nova geração, que usa frequências ópticas, será 10.000 vezes mais acurada do que os modelos anteriores. De acordo com os cientistas, eles poderão até mesmo redefinir a unidade internacional (SI) de medição do tempo.

Um segundo a cada 300 bilhões de anos

Um dos mais sofisticados relógios atômicos existente é o NIST-F2, desenvolvido por uma equipe de físicos da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos. Ele tem o potencial de medir o tempo exato por um período de 300 milhões de anos. Durante todo esse período, ele não perde, ou ganha, um único segundo.

“Os modelos mais avançados farão grande diferença tanto na vida cotidiana, quanto na ciência”, diz Arie Halpern, especialista em tecnologias disruptivas. “Ao possibilitar períodos mais longos entre cada nova sincronização, eles abrirão as fronteiras para novas aplicações que requerem alta precisão de posicionamento e navegação, como os veículos autônomos, por exemplo”, complementa.

A altíssima precisão dos relógios atômicos de última geração também ajudará no estudo de modelos padrão da física, que podem nos levar a compreender alguns dos aspectos ainda misteriosos do Universo, como a matéria e a energia escuras.