Cientistas do Laboratório de Fotônica Emergente (Laboratório EPic) da Universidade de Sussex fizeram uma descoberta para um elemento crucial de um relógio atômico - dispositivos que poderiam reduzir nossa dependência de mapeamento por satélite no futuro - usando tecnologia de raio laser de ponta. Seu desenvolvimento melhora muito a eficiência da lanceta (que em um relógio tradicional é responsável pela contagem), em 80% - algo que cientistas de todo o mundo têm corrido para conseguir.

Atualmente, o Reino Unido depende dos EUA e da UE para o mapeamento de satélite que muitos de nós temos em nossos telefones e carros. Isso nos torna vulneráveis ​​não apenas aos caprichos da política internacional, mas também à disponibilidade de sinal de satélite.

A Dra. Alessia Pasquazi, do Laboratório EPic da Escola de Ciências Matemáticas e Físicas da Universidade de Sussex, explica a descoberta:"Com um relógio atômico portátil, uma ambulância, por exemplo, ainda será capaz de acessar seu mapeamento enquanto estiver em um túnel, e um viajante poderá planejar sua rota enquanto estiver no metrô ou sem sinal de celular no campo. Relógios atômicos portáteis funcionariam em uma forma extremamente precisa de mapeamento geográfico, permitindo o acesso à sua localização e rota planejada sem a necessidade de sinal de satélite.

"Nosso avanço melhora a eficiência da parte do relógio responsável pela contagem em 80%. Isso nos leva um passo mais perto de ver relógios atômicos portáteis substituindo o mapeamento de satélite, como GPS, o que pode acontecer dentro de 20 anos. Esta tecnologia mudará a vida cotidiana das pessoas, além de ser potencialmente aplicável em carros sem motorista, drones e a indústria aeroespacial. É emocionante que esse desenvolvimento tenha acontecido aqui em Sussex. "

Os relógios atômicos ópticos estão no auge dos dispositivos de medição do tempo, perdendo menos de um segundo a cada dez bilhões de anos. Porém, agora são dispositivos enormes, pesando centenas de quilos. Para ter uma função prática ideal que possa ser utilizada por uma pessoa comum, seu tamanho precisa ser bastante reduzido, mantendo a precisão e a velocidade dos relógios de grande escala.

Em um relógio atômico óptico, a referência (o pêndulo em um relógio tradicional) é derivada diretamente pela propriedade quântica de um único átomo confinado em uma câmara:é o campo eletromagnético de um feixe de luz oscilando centenas de trilhões de vezes por segundo. O elemento de contagem de relógio necessário para trabalhar nessa velocidade é um pente de frequência óptica - um emissor de laser altamente especializado, simultaneamente, muitas cores precisas, espaçados uniformemente em frequência.

Os micro-pentes diminuem a dimensão dos pentes de frequência, explorando dispositivos minúsculos chamados microrressonadores ópticos. Esses dispositivos capturaram a imaginação da comunidade científica em todo o mundo nos últimos dez anos, com sua promessa de realizar todo o potencial dos pentes de frequência em uma forma compacta. Contudo, são dispositivos delicados, complexas para operar e normalmente não atendem aos requisitos de relógios atômicos práticos.

A descoberta do Laboratório EPic, detalhado em um artigo publicado hoje (segunda-feira, 11 de março) na revista, Nature Photonics , é a demonstração de um micro-pente excepcionalmente eficiente e robusto baseado em um tipo único de onda chamado 'soliton de cavidade de laser'.

O Dr. Pasquazi continua:"Solitons são ondas especiais que são particularmente robustas à perturbação. Tsunamis, por exemplo, são sólidos de água. Eles podem viajar sem perturbações por distâncias incríveis; após o terremoto no Japão em 2011, alguns deles chegaram até a costa da Califórnia.

“Em vez de usar água, em nossos experimentos realizados pelo Dr. Hualong Bao, usamos pulsos de luz, confinado em uma pequena cavidade em um chip. Nossa abordagem diferenciada é inserir o chip em um laser baseado em fibras ópticas, o mesmo usado para entregar internet em nossas casas.

"O soliton que viaja nesta combinação tem o benefício de explorar totalmente as capacidades das microcavidades de gerar muitas cores, ao mesmo tempo que oferece robustez e versatilidade de controle de lasers pulsados. A próxima etapa é transferir essa tecnologia baseada em chip para a tecnologia de fibra - algo que estamos excepcionalmente bem posicionados na Universidade de Sussex para conseguir. "

O Professor Marco Peccianti da University of Sussex EPic Lab acrescenta:"Estamos avançando na integração do nosso dispositivo com o da referência atômica ultracompacta (ou pêndulo) desenvolvida pelo grupo de pesquisa do Professor Matthias Keller aqui na Universidade de Sussex. Trabalho juntos, planejamos desenvolver um relógio atômico portátil que possa revolucionar a forma como contamos o tempo no futuro.

"Nosso desenvolvimento representa um passo significativo na produção de relógios atômicos práticos e estamos extremamente entusiasmados com nossos planos, que variam de parcerias com a indústria aeroespacial do Reino Unido, que poderia se concretizar em cinco anos, até relógios atômicos portáteis que podem ser armazenados em seu telefone e em carros sem motorista e drones em 20 anos. "