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Cientistas conseguem medir a deformação do tempo em escala milimétrica

A famosa Teoria da Relatividade de Albert Einstein foi agora demonstrada em um laboratório, com dois relógios atômicos especiais em escala milimétrica. Saiba mais sobre a "rede óptica" que foi usada no experimento e suas aplicações.



Um dos resultados de Albert Einstein em sua teoria da relatividade geral é que o campo gravitacional de um objeto massivo distorce o espaço-tempo, fazendo com que o tempo se mova mais lentamente à medida que nos aproximamos do objeto. Este fenômeno é conhecido como "dilatação do tempo gravitacional" e é mensurável, particularmente na vizinhança de um objeto muito massivo como a Terra.

A medição requer um relógio suficientemente preciso e, hoje em dia, os cronômetros mais precisos são os relógios atômicos, que marcam o tempo detectando a energia de transição entre dois estados eletrônicos em um átomo.

A dilatação do tempo significa que a própria gravidade retarda o tempo. Portanto, um objeto que está experimentando alta gravidade experimentará menos tempo.

Esse efeito já foi estudado por pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) dos EUA, usando um relógio atômico extraordinariamente preciso. A dilatação do tempo é um conceito bem estabelecido, de fato, os engenheiros do NIST já o testaram antes, usando relógios atômicos.


Mas, em um estudo publicado recentemente na revista Nature, foi medido pela primeira vez os diferentes efeitos da gravidade em dois cronógrafos localizados a menos de um milímetro de distância.

Nesta pesquisa, dois minúsculos relógios atômicos foram colocados a menos de um milímetro de distância um do outro, e com eles foi possível medir, na menor escala já vista, a "dilatação do tempo", pela qual ambos funcionam em ritmos diferentes, alguns aspectos da Teoria da relatividade de Einstein.


Avanços nas medições

Em trabalhos anteriores, os cientistas do NIST demonstraram a dilatação do tempo usando dois relógios atômicos colocados um em cima do outro a 33 centímetros de distância. Relógios atômicos em alturas diferentes em um campo gravitacional funcionam a taxas diferentes, ou seja, um relógio funciona mais devagar a uma menor altura, efeito já demonstrado.

Mas, como já dissemos, neste último experimento eles reduziram essa distância para um milímetro, e como resultado obtiveram que mesmo com essa pequena distância podiam detectar mudanças perceptíveis na gravidade.


Ter dois relógios atômicos separados próximos um do outro é fisicamente impossível, então o Dr. Jun Ye e sua equipe de trabalho projetaram um novo relógio atômico para usar especificamente neste experimento. Normalmente, esses dispositivos usam a vibração de um certo tipo de átomo para contar o tempo. A definição de um segundo em si é baseada nas vibrações de um átomo de césio (Cs).


Novo relógio atômico de "rede óptica"

O instrumento conhecido como relógio atômico de rede óptica, pode medir as diferenças de tempo com uma precisão equivalente a perder apenas um segundo a cada 300 bilhões de anos, e é o primeiro exemplo de relógio óptico "multiplexado", no qual pode haver seis relógios diferentes no mesmo ambiente.


Os pesquisadores usaram desta vez uma estrutura conhecida como "rede óptica", que contém cerca de 100 mil átomos individuais de estrôncio (Sr) em uma estrutura definida. É importante ressaltar que eles também desenvolveram um sistema de imagem capaz de monitorar perto da parte superior e inferior da rede óptica, que tem apenas um milímetro de comprimento, tornando-a a menor distância já vista nesse tipo de experimento.

Como resultado, ele viu uma diferença no tempo experimentado pela parte superior versus a parte inferior da rede óptica de 10−19 segundos. Claro que esse tempo é imperceptível para os seres humanos, mas os cientistas detectaram. Esse resultado foi o esperado e estava dentro das expectativas baseadas na relatividade geral, mas há algo a mais por trás deste grande experimento.


Utilidade dos relógios atômicos ultraprecisos

A Teoria de Einstein que remonta a 1915 já foi comprovada muitas vezes, mas este não foi o único resultado do experimento. A técnica utilizada pelos pesquisadores é o destaque, pois aponta para o potencial de construção de um relógio 50 vezes mais preciso do que qualquer outro existente atualmente.

Você pode estar se perguntando, e por que são necessários relógios com tanta precisão? e a resposta para o mundo macro em que vivemos pode ser que isto é "exagerado ou desnecessário". Mas, na verdade, na ordem da mecânica quântica, os relógios mais precisos poderiam explorar essas pequenas distâncias de uma maneira que nunca foi possível antes, e esse novo relógio atômico baseado em uma "nuvem de átomos" pode ser uma maneira de fazê-lo.


Isso tentaria revelar um dos grandes dilemas da física, como a relatividade e a gravidade interagem com a mecânica quântica que governa as regras do mundo subatômico. Portanto, é necessário que você saiba que o aperfeiçoamento dos relógios tem muitas aplicações possíveis, além da medição do tempo e da navegação.


"Eles podem servir como microscópios para ver as pequenas ligações entre a mecânica quântica e a gravidade, bem como telescópios para observar os cantos mais profundos do universo. Também estão prontos para melhorar os modelos e a compreensão da forma da Terra, aplicando uma ciência de medição chamada geodésia relativística", explicou o Dr. Jun Ye. Seu design permite testar formas de buscar ondas gravitacionais, tentar detectar matéria escura e descobrir novas físicas com relógios.



Fonte: https://www.tempo.com/noticias/actualidade/cientistas-conseguem-medir-a-deformacao-do-tempo-em-escala-milimetrica.html