Os pesquisadores determinaram experimentalmente uma propriedade do cádmio chamada comprimento de onda mágico, que é considerada essencial para o desenvolvimento dos relógios mais precisos já imaginados. Os pesquisadores esperam que isso possa permitir relógios atômicos simples e robustos tão precisos que possam ser usados ​​para melhorar nossa compreensão das teorias atuais e até mesmo testar novas físicas.

Que horas você chega? Que tal agora? O tempo está mudando constantemente, mas não está mudando constantemente. Parece confuso, mas, desde a época de Einstein, sabemos que o tempo avança em ritmos diferentes, dependendo de onde você estiver. Isso se deve principalmente ao efeito da gravidade, quanto mais forte a gravidade na sua vizinhança, mais lento o tempo progride em relação a onde a gravidade é mais fraca. Para nós essa diferença é imperceptível, mas relógios atômicos altamente precisos podem medi-lo.

Essas diferenças imperceptíveis na taxa de passagem do tempo estão longe de ser triviais. Medições precisas de tempo podem realmente ajudar os pesquisadores a medir outras quantidades correspondentes que se relacionam a como o tempo flui em um local específico. Por exemplo, dada a forma como o aumento da força gravitacional altera a passagem do tempo, a densidade do material abaixo de seus pés pode ser medida com precisão com um relógio suficientemente preciso. E esse tipo de informação pode ser útil para quem estuda vulcões, placas tectônicas e terremotos.

Contudo, medir o tempo nas precisões exigidas para tais propósitos é um desafio imensamente complexo. Relógios atômicos de última geração baseados na vibração de átomos como o césio, por exemplo, operar com uma incerteza - o oposto da precisão - na região de 1 x 10 ^-16 ou até 16 casas decimais. Isso é extremamente preciso para a medição de distância, e, portanto, é usado na atual tecnologia de sistema de posicionamento global (GPS). Mas os pesquisadores se esforçam para obter uma precisão ainda maior, e um tipo de relógio pode ser capaz de oferecer incertezas tão baixas quanto 1 x 10 ^-19 ou com 19 casas decimais. O relógio de rede óptica promete oferecer essa precisão.

Proposto pela primeira vez pelo Professor Hidetoshi Katori do Departamento de Física Aplicada em 2001, a ideia é prender um grande número de átomos em uma rede de lasers. Com muitos átomos presos, suas vibrações podem ser medidas simultaneamente, o que melhora muito a precisão da medição do tempo. Os isótopos de cádmio são ideais porque possuem algumas propriedades que ajudam a reduzir o ruído neste tipo de sistema quântico. Mas, para criar um relógio baseado neste princípio, existem vários obstáculos a serem superados, e os pesquisadores acabaram de pular um.

"Determinamos experimentalmente o chamado 'comprimento de onda mágico' do cádmio, que é um dos parâmetros essenciais para operar o relógio da rede óptica, "disse o cientista Atsushi Yamaguchi da RIKEN." Em um relógio de rede, a rede óptica é criada por padrões de interferência de luz laser, cujo comprimento de onda está relacionado aos átomos que a rede precisa conter. O comprimento de onda ideal ou 'mágico' para construir uma rede em torno dos isótopos de cádmio é de cerca de 419,88 nanômetros, que é quase exatamente o valor de 420,10 nanômetros que previmos originalmente. "

Uma característica importante dos isótopos de cádmio que os torna ideais para relógios de rede é que eles são mais robustos às mudanças em seu ambiente do que muitos outros átomos e isótopos. Um objetivo dos pesquisadores de aplicação é a capacidade de fazer medições em locais diferentes com o mesmo dispositivo, o que significa que deve ser relativamente portátil, então ajuda a ser robusto. Com a teoria em vigor, os pesquisadores agora desejam avaliar o desempenho de tal relógio.

"Uma avaliação cuidadosa e detalhada é necessária para que cientistas em diferentes áreas possam fazer uso deste instrumento de alta precisão, "explicou Katori." Tal dispositivo nos dará a chance de estudar e talvez um dia desafiar as idéias estabelecidas em cosmologia, como a relatividade geral e talvez até mesmo as constantes fundamentais da natureza. "