Físicos de Singapura desenvolvem relógio de lutécio com precisão recorde para medição do tempo

Físicos de Singapura desenvolveram um instrumento de medição temporal com precisão de 19 casas decimais, superando os recordes anteriores detidos por laboratórios dos Estados Unidos e da China. O dispositivo, que é quatro vezes mais preciso que as tecnologias baseadas em íons de alumínio e cálcio, teria a capacidade de operar por centenas de milhões de anos sem apresentar um segundo de atraso ou adiantamento, conforme detalhado em artigo publicado na revista Nature.

A tecnologia do átomo de lutécio

A superioridade do novo relógio reside na utilização do lutécio, um elemento pesado com estrutura interna que isola o átomo de interferências externas. Diferente de outros elementos, o lutécio é menos sensível ao calor ambiente e a campos magnéticos dispersos. Por ser um átomo pesado, ele reduz as vibrações térmicas, mitigando o efeito Doppler de segundo ordem — a alteração na frequência de onda causada pelo movimento relativo entre a fonte e o observador.

Para eliminar qualquer instabilidade residual, a equipe implementou a "média hiper-precisa", técnica que alterna pulsos de luz laser e micro-ondas para anular atrações elétricas e campos magnéticos indesejados durante a medição.

Validação e precisão extrema

Para comprovar a eficácia do sistema, os pesquisadores construíram dois relógios de lutécio independentes e os submeteram a um teste comparativo durante 200 horas. Para evitar distorções causadas por vibrações no feixe de laser, foi utilizada a espectroscopia de correlação, dividindo um único feixe para ambos os dispositivos, garantindo que qualquer oscilação afetasse os dois átomos simultaneamente e se anulasse.

A sensibilidade do instrumento é tamanha que ele detecta a dilatação temporal prevista por Albert Einstein, na qual a gravidade curva o espaço-tempo e retarda a passagem do tempo em altitudes menores. Durante os testes, os cientistas observaram que uma diferença de apenas quatro milímetros na altura dos íons, causada por uma leve inclinação na mesa de trabalho, alterava a velocidade do relógio. Para garantir a identidade dos dispositivos, foi necessária a medição da altura vertical com precisão inferior a um milímetro e a aplicação de correções matemáticas para compensar a gravidade.

Aplicações geológicas e astronômicas

A precisão alcançada permite que o dispositivo funcione como um sensor gravitacional de alta sensibilidade. O uso de redes desses relógios pode viabilizar o nivelamento cronométrico em escala milimétrica, permitindo que geofísicos:

• Mapeiem bolsas de magma em vulcões ativos;
• Monitorem falhas tectônicas para prever terremotos;
• Registrem a elevação do nível do mar com precisão milimétrica.

No campo da astronomia, a tecnologia poderá ser utilizada para detectar ondulações no espaço-tempo causadas pela matéria escura ou para testar a constância das leis da física desde o Big Bang.

Futuro do padrão temporal

Devido à sua estabilidade em ambientes extremos — desde o calor do Vale da Morte até o frio da Antártida —, o lutécio surge como o principal candidato para a redefinição oficial do segundo, prevista por organizações internacionais até 2030. O próximo objetivo da equipe de pesquisa é a miniaturização do sistema de laboratório para a criação de um dispositivo portátil que mantenha a mesma precisão.