Um novo "relógio" mecânico foi criado por uma equipe internacional de pesquisadores, liderado por cientistas da Universidade de St Andrews, que poderia testar a física fundamental da gravidade.

O oscilador mecânico levitado, criado dentro de uma esfera de vidro do tamanho de uma única célula sanguínea, foi manipulado pela luz pela equipe para criar um sensor ultrassensível que pudesse medir as mudanças de temperatura e pressão em nanoescala.

Este relógio altamente preciso poderia detectar a gravidade em escalas menores do que antes possível e encontrar evidências potenciais para desvios das leis da gravidade de Newton, exigindo uma nova física além do que entendemos atualmente.

A pesquisa, apoiado pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Físicas e de Engenharia do Reino Unido e pela Fundação de Ciência Tcheca, é publicado em Avanços da Ciência .

A ressonância é um fenômeno que está ao nosso redor:ocorre quando um objeto vibra ou "oscila" na mesma taxa natural de um segundo objeto adjacente, isso força o segundo objeto a vibrar, frequentemente mostrando grande movimento.

Para fazer instrumentos musicais sonoros, usamos ressonância entre o ar e o corpo do instrumento. A ressonância explica até mesmo o som do mar que é ouvido quando uma concha é colocada perto de seu ouvido.

Em física, isso pode ser usado com grande efeito com ressonadores do tamanho de células ou mesmo de átomos. Eles passam por movimentos periódicos, semelhante a um relógio tiquetaqueando, e podem conduzir um ao outro. Isso leva a maneiras de fazer medições com uma precisão sem precedentes.

Por exemplo, saltos internos periódicos de energia (vibrações) em átomos podem estar ligados a relógios externos:eles estão no cerne da fabricação de Sistemas de Posicionamento Global (GPS) para cronometragem de ultraprecisão. Por quanto tempo esse movimento periódico pode ser mantido é determinado pelo valor "Q". Um ressonador com alto fator Q soa ou vibra por mais tempo, permitindo medições mais precisas.

Agora, pesquisadores da Universidade de St Andrews, na Escócia, o Instituto de Instrumentos Científicos da Academia Tcheca de Ciências da República Tcheca, A Universidade Chiba no Japão e a Universidade Yonsei na Coréia observaram movimentos periódicos ultraprecisos em uma esfera de vidro minúscula, o tamanho de uma célula sanguínea, mantida no vácuo pela luz.

Realizar o estudo no vácuo ajudou a evitar o atrito que amorteceria o movimento - e reduziria o valor de Q. A equipe manipulou a luz para fazer com que a pequena esfera se movesse para frente e para trás e girasse em perfeita harmonia, criando um "relógio" muito bem definido.

O movimento da esfera atingiu um valor Q de mais de 100 milhões, mais de 100 vezes maior do que os resultados relatados anteriormente para tais sistemas. Este movimento é muito sensível a qualquer influência externa e a equipe pretende usá-lo para detectar perturbações ambientais minúsculas, como mudanças de temperatura e pressão, e até mesmo testar a física fundamental.

Dr. Yoshi Arita, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, e do Centro de Pesquisa Quiralidade Molecular da Universidade de Chiba, disse:"Infelizmente, mesmo as colisões das moléculas de gás esparsas em torno da partícula podem introduzir erros no tique-taque do nosso relógio (movimento da microesfera) que podem limitar sua precisão.

"Corrigimos esses erros recebendo um sinal de laser periódico para impulsionar ou 'empurrar' a microesfera:como uma criança em um balanço chutando as pernas exatamente no momento certo com o balanço para fazer balanços enormes:isso fez com que o movimento da nossa esfera muito estável. Se este fosse realmente um relógio, seria tão preciso que só teria perdido meio milionésimo de segundo em um dia inteiro. "

Dr. Stephen Simpson, um físico teórico do Instituto de Instrumentos Científicos da Academia Tcheca de Ciências, disse:"Em uma escala de comprimento microscópica, o movimento de uma partícula é de natureza aleatória por causa das flutuações de energia, mas é incrível ver que a natureza também concebeu um esquema para extrair trabalho útil de movimento dirigido dessa máquina minúscula. "

Professor Kishan Dholakia, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews e professor afiliado das Universidades Chiba e Yonsei, disse:"A equipe realizou um trabalho verdadeiramente notável que acreditamos que irá repercutir na comunidade internacional. Além dos empolgantes aspectos da física fundamental, a qualidade de nossos osciladores estabeleceu uma nova referência neste campo. Nosso objetivo é explorá-los para desenvolver a próxima geração de dispositivos de detecção requintados. "

O artigo 'Oscilações coerentes de uma microesfera birrefringente levitada no vácuo conduzida por acoplamento rotação-translação não conservativo' por Y Arita, S H Simpson, P Zemanek, e K Dholakia é publicado em Avanços da Ciência .