p Como relojoeiros que escolhem materiais superiores para construir um belo relógio, físicos do Centro de Tecnologias Quânticas (CQT) da Universidade Nacional de Cingapura escolheram um átomo que poderia permitir que construíssem relógios atômicos melhores. O relatório da equipe CQT em Nature Communications que um elemento anteriormente negligenciado - lutécio - poderia melhorar nos melhores relógios de hoje. Lutécio (Lu) é um elemento de terra rara com número atômico 71. p "O desempenho final de um relógio se resume às propriedades do átomo - quão insensível o átomo é ao seu ambiente. Eu chamaria o lutécio de topo em sua classe, "diz Murray Barrett, quem liderou a pesquisa. Dados no papel da equipe, publicado em 25 de abril em Nature Communications , mostra que o lutécio tem menor sensibilidade à temperatura do que os átomos usados ​​nos relógios hoje. Essas medições se somam aos resultados anteriores, mostrando que podem ser a base de um relógio de alto desempenho.

p Os relógios atômicos estabeleceram o padrão global para medir o tempo por mais de meio século. Mas, uma vez que o segundo foi definido com referência aos átomos de césio na década de 1960, tem havido competição mundial para melhorar a precisão e estabilidade dos relógios atômicos. Os sinais de tempo dos relógios césio ainda suportam o Sistema de Posicionamento Global e ajudam a sincronizar as redes de transporte e comunicação, mas átomos de muitas outras espécies, como itérbio, alumínio e estrôncio, agora competir para fazer as medições de tempo mais precisas.

p Esses relógios de última geração, com incertezas em torno de uma parte em um bilhão de bilhões, estão provando seu valor testando a física fundamental - desde medições de gravidade até a procura de variações nas constantes fundamentais. O 'tique' de um relógio atômico não vem diretamente do átomo, mas da oscilação de uma onda de luz. A frequência de oscilação é fixada travando-a na frequência de ressonância do átomo. Na prática, isso significa que um laser é ajustado para fazer um dos elétrons do átomo saltar de um nível de energia baixo para um nível de energia mais alto. Quanta energia esse salto consome é uma propriedade fixa do átomo. A frequência do laser é combinada para fornecer a quantidade certa de energia em uma única partícula de luz (um fóton). Uma vez que este ponto ideal é encontrado, o relógio conta o tempo medindo as oscilações da onda de luz.

p Os relógios de césio funcionam na frequência de micro-ondas - ou exatamente 9, 192, 631, 770 tiquetaques por segundo. A geração mais recente de relógios atômicos funciona em frequências ópticas, que marca cerca de 10, 000 vezes mais rápido. O tempo de contagem em incrementos menores permite uma medição mais precisa.

p O lutécio também funciona em frequências ópticas, mas fazer bons relógios é mais do que um tique rápido - esses tiques também precisam ser estáveis ​​ao longo do tempo. É aqui que o lutécio pode brilhar.

p Uma fonte de imprecisão na frequência do relógio é a sensibilidade à temperatura do ambiente ao redor do átomo. Barrett e seus colegas acabaram de medir a força dessa 'mudança de radiação do corpo negro' para as transições do relógio no lutécio. O esforço de seis meses, envolvendo um laser de alta potência como os usados ​​para corte industrial, deu um resultado para o deslocamento da radiação do corpo negro para uma transição de nível de energia que é mais próxima de zero do que para qualquer relógio atômico óptico estabelecido.

p "Demonstramos definitivamente que o lutécio é o menos sensível à temperatura de todos os relógios atômicos estabelecidos, "diz o primeiro autor Kyle Arnold. Isso não só tornará um relógio baseado em laboratório mais preciso, mas também tornam os relógios que saem dos laboratórios mais práticos, permitindo que operem em uma ampla gama de ambientes.

p Em artigos anteriores, a equipe relatou outras propriedades do lutécio relevantes para a construção de relógios, descobrindo que podem competir com os melhores átomos de relógio de hoje. "Se você conseguir construir um relógio de itérbio realmente bom, você inevitavelmente construirá um relógio de lutécio melhor, ou pelo menos será um trabalho mais fácil para você construir um relógio de lutécio que seja tão bom, "diz Barrett. Por enquanto, os pesquisadores estão trabalhando em relógios com íons individuais, mas no final das contas, eles gostariam de fazer relógios baseados em redes ou redes de muitos íons. Eles começam com lutécio em forma de massa como uma folha de metal branco prateado antes de ferver alguns átomos em seu aparato.

p Os membros da equipe desconhecem qualquer outro grupo que trabalhe com lutécio. Uma razão pela qual o lutécio não foi testado é que exigia uma nova técnica, descoberto por Barrett e seus colaboradores, para cancelar certas fontes de imprecisão no relógio. Esta 'técnica de média hiperfina' é descrita em artigos anteriores. "Não acho que seja excessivamente técnico, coisa difícil de fazer, mas acho que as pessoas estão esperando para ver como isso vai funcionar, "diz Barrett.