p O que poderia ser melhor do que um relógio atômico líder mundial? Dois relógios em um. p Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) combinaram dois relógios atômicos experimentais baseados em átomos de itérbio para estabelecer mais um recorde mundial de estabilidade de relógio. A estabilidade pode ser considerada como a precisão com que a duração de cada tique do relógio corresponde a todos os outros tiques anteriores e posteriores.

p Esta estabilidade extraordinária torna o relógio de rede de itérbio uma ferramenta mais poderosa para testes de precisão, como se as "constantes fundamentais" da natureza são realmente constantes, e procura a indescritível matéria escura que supostamente compõe grande parte do universo. O experimento que demonstra o design de relógio duplo é relatado em Nature Photonics .

p “Eliminamos um tipo crítico de ruído na operação do relógio, efetivamente tornando o sinal do relógio mais forte, "Disse o físico do NIST, Andrew Ludlow." Isso significa que podemos alcançar uma instabilidade de relógio de 1,5 partes em um quintilhão (1 seguido por 18 zeros) em apenas alguns milhares de segundos. Embora isso supere apenas ligeiramente o nível recorde de estabilidade do relógio que demonstramos alguns anos atrás, chegamos lá 10 vezes mais rápido. "

p Os relógios atômicos NIST funcionam rotineiramente em níveis muito altos, mas os cientistas os ajustam continuamente para reduzir pequenas imperfeições. O novo design de relógio duplo elimina uma distorção pequena, mas significativa, na frequência do laser que detecta e sincroniza com os átomos. Quanto mais estável for o relógio, melhor será o seu poder de medição.

p A nova rede de itérbio 'relógio duplo' é o relógio mais estável do mundo, embora outro relógio atômico NIST, baseado em estrôncio e localizado em JILA, detém o recorde mundial de precisão. A precisão se refere a quão próximo o relógio se afina com a frequência natural na qual os átomos oscilam entre dois níveis de energia eletrônica.

p Os relógios de itérbio e estrôncio marcam nas frequências ópticas, muito mais altas do que as frequências de microondas dos relógios atômicos de césio usados ​​como padrões de tempo. Um relógio atômico óptico opera ajustando a frequência de um laser para ressoar com a frequência de transição dos átomos entre dois estados de energia. Este tique atômico é transferido para o laser para uso como uma ferramenta de cronometragem. Qualquer ruído ou incerteza que afete este processo perturba a frequência do laser e, portanto, a precisão da cronometragem.

p Os relógios atômicos ópticos normalmente alternam a sondagem a laser dos átomos com períodos de "tempo morto" durante os quais os átomos são preparados e medidos. Durante tempos mortos, certas flutuações de frequência do laser não são observadas ou compensadas adequadamente no processo de sintonização do laser. Os efeitos de ruído resultantes (observados pela primeira vez na década de 1990 por G.J. Dick, em seguida, do Instituto de Tecnologia da Califórnia), até agora, estabilidade e precisão limitadas do relógio.

p O novo design de relógio duplo do NIST tem tempo morto zero - e é, Portanto, apelidado de relógio ZDT - e praticamente nenhum ruído de tempo morto, porque sonda átomos continuamente, alternando para frente e para trás de um conjunto atômico para o outro. Os dois conjuntos de 5, 000 e 10, 000 átomos de itérbio, respectivamente, são capturados em uma grade de luz laser chamada rede óptica e sondados por um laser compartilhado.

p As medições das respostas dos dois conjuntos de átomos são combinadas para produzir um único, correção combinada para a frequência do laser. Essas medições e correções são feitas duas vezes mais rápido do que em um único relógio. Porque não há ruído de tempo morto, o novo relógio atinge níveis recordes de estabilidade 10 vezes mais rápido do que antes. Crucialmente, o desempenho agora é limitado pelo sistema atômico do relógio, em vez do laser, um objetivo há muito procurado na física que Ludlow chama de "sonho" para futuras aplicações.

p Essa abordagem pode, em última análise, reduzir o tamanho e a complexidade do relógio atômico, portanto, o aparelho poderia ser portátil o suficiente para ser usado fora do laboratório. O pacote físico é atualmente maior do que um único relógio, mas, eventualmente, ambos os sistemas atômicos podem compartilhar um único aparelho de vácuo e sistemas de laser mais simples, reduzindo assim o tamanho geral, Ludlow disse. Relógios atômicos ópticos portáteis poderiam ser distribuídos ao redor do mundo para geodésia relativística (medições da forma da Terra com base na gravidade) ou transportados em espaçonaves para testes de relatividade geral.