Os relógios ópticos representam a fronteira mais avançada em cronometragem, utilizando oscilações da luz para medir o tempo com extrema precisão, ao contrário dos relógios atômicos convencionais, que operam com micro-ondas. A chave para essa precisão está na capacidade de identificar transições atômicas, mudanças específicas nos níveis de energia de elétrons em átomos ou íons.
Pesquisadores da Universidade de Delaware, Physikalisch-Technische Bundesanstalt e do Instituto Max Planck de Física Nuclear desenvolveram uma abordagem teórica e experimental para criar um relógio óptico baseado em Ni¹²⁺, um íon de níquel altamente carregado.
Entre os principais desafios superados nesse estudo:
- Identificação de transições fortemente proibidas em Ni¹²⁺, essenciais para alta estabilidade;
- Redução do tempo de busca de transições, de anos para apenas algumas horas;
- Aplicação de cálculos precisos para prever frequências de transição com confiabilidade;
- Uso de laser de Titânio:Safira (Ti:Sa) para cobrir uma ampla faixa de frequência;
- Implementação de uma estratégia de “dividir e conquistar” para localizar a transição desejada com rapidez.
Estratégias experimentais para alta precisão
O sucesso do experimento se baseou em laser de estado sólido Ti:Sa, capaz de gerar luz em uma ampla faixa de frequência, permitindo examinar grandes intervalos de energia antes de detectar a transição do relógio. Além disso, o uso de transições auxiliares em Ni¹²⁺ possibilitou confirmar se o íon permanecia em seu estado fundamental ou se a transição principal havia sido alcançada.
Essa abordagem permitiu identificar uma resonância atômica extremamente estreita, fundamental para relógios ópticos ultraestáveis. A precisão obtida com Ni¹²⁺ destaca seu potencial para superar limites de relógios ópticos atuais, sendo menos suscetível a perturbações externas.
A importância dos relógios ópticos com Ni¹²⁺
O desenvolvimento de relógios ópticos com Ni¹²⁺ tem grande impacto em diversas áreas científicas. Além de permitir medições de tempo ultrarrápidas, esses sistemas podem ser usados para testar teorias físicas fundamentais e investigar fenômenos ainda não detectados, incluindo matéria escura, aproveitando o acoplamento mais forte desse íon altamente carregado.
Essa tecnologia também possibilita a identificação precisa de transições em outros íons altamente carregados, acelerando experimentos futuros e contribuindo para o desenvolvimento de sistemas metrológicos de ponta.
Com sua estabilidade extrema e sensibilidade controlada, Ni¹²⁺ se estabelece como uma plataforma ideal para relógios ópticos de nova geração, abrindo caminho para avanços significativos em metrologia, física atômica e aplicações científicas de alta precisão.
