Investigadores na China desenvolveram um dos relógios mais exactos alguma vez construídos - com um nível de precisão tão extremo que, num futuro próximo, poderá abrir caminho para que os cientistas redefinam oficialmente o segundo.
O dispositivo, conhecido como relógio de rede óptica de estrôncio, consegue medir o tempo com 19 casas decimais. Isto significa que, mesmo a funcionar durante 30 mil milhões de anos - mais de duas vezes a idade actual do Universo - o desvio seria de apenas um segundo, mais ou menos.
Porque é que esta precisão pode mudar o segundo do SI
Alcançar este patamar, que até há pouco tempo era impraticável, representa um passo importante rumo ao objectivo de alterar a definição oficial do segundo dentro da próxima década, sensivelmente.
Antes de isso acontecer, existem condições a cumprir. Em primeiro lugar, é necessário que pelo menos três relógios ópticos baseados no mesmo tipo de “tic-tac”, e com um determinado grau de precisão e estabilidade, estejam em funcionamento em instituições diferentes.
Este novo relógio óptico cumpre esses requisitos de precisão e estabilidade e, além de melhorar a medição do tempo, poderá ajudar os cientistas a procurar matéria escura e a medir diferenças no campo gravitacional da Terra.
Do dia solar aos átomos: como se definiu o segundo
Inicialmente, o segundo foi definido como uma fracção do dia - mais exactamente, 1/86,400 de um dia. É o resultado de dividir 24 horas em 60 minutos cada e, depois, cada minuto em 60 segundos.
Como aproximação, funciona; porém, para aplicações científicas e industriais, essa referência é insuficiente. O problema é que “um dia” não é uma medida rigorosa: a velocidade de rotação da Terra varia por diversos motivos, o que faria com que a duração de um segundo também variasse se continuasse a depender dessa fracção do dia.
A criação dos relógios atómicos permitiu medir o segundo de forma independente, com base em propriedades estáveis da natureza. Assim, desde 1967, o Sistema Internacional de Unidades (SI) define o segundo como exactamente 9,192,631,770 oscilações do átomo de césio-133.
Relógios ópticos: por que o estrôncio vai mais longe do que o césio
A definição actual é extremamente precisa - mas ainda pode ser melhorada. Átomos como o estrôncio oscilam a frequências de luz visível, produzindo cerca de 700 quatriliões de “tiques” por segundo, em comparação com os 9 mil milhões do césio. Os relógios ópticos conseguem medir estas oscilações, atingindo uma precisão da ordem de 10-18 segundos.
Num novo estudo, uma equipa da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) descreveu melhorias introduzidas no relógio óptico de estrôncio da instituição, reduzindo a incerteza para 9.2 x 10-19 e a estabilidade para 6.3 x 10-19.
“Este desempenho cumpre o requisito de exactidão de 2 x 10-18 para um relógio único, necessário para redefinir o segundo do SI, com aplicações potenciais em geodesia relativista e em pesquisas de matéria escura de alta resolução”, escrevem os investigadores num novo artigo que descreve o trabalho.
A equipa acrescenta que outros dois relógios de rede óptica de estrôncio já ultrapassaram este marco, tal como dois outros que medem o tempo recorrendo a iões de alumínio. À medida que mais destes relógios ultra-precisos forem sendo integrados e comparados, os critérios para uma redefinição oficial do segundo poderão ficar, em breve, reunidos.
Quando pode acontecer a redefinição
Decisões desta natureza são tomadas na Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), realizada de quatro em quatro anos. A próxima está prevista para Outubro deste ano, mas ainda não foi registado progresso suficiente nos critérios para que a redefinição seja decidida nessa reunião.
Em vez disso, foi solicitado ao comité que “trabalhe no sentido de uma proposta para a nova definição do segundo a apresentar na 29.ª reunião da CGPM (2030) e de uma proposta para a data da sua implementação”.
A investigação sobre o relógio óptico da USTC foi publicada na revista Metrologia.
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