Físicos Descobrem uma Nova Maneira de Medir o Tempo

(Loren Zemlicka/Moment/Getty Images)

Enquanto em nossa vida cotidiana medir o tempo é simplesmente uma questão de contar os segundos entre o passado e o presente, as coisas funcionam de forma bem diferente no mundo quântico. Em escalas microscópicas, os eventos não seguem uma ordem previsível, e o “agora” frequentemente se confunde com o “antes”, tornando os cronômetros convencionais inúteis em certos contextos.

Uma Abordagem Inovadora Usando Nuvens Quânticas

Um estudo publicado em 2022 por cientistas da Universidade de Uppsala, na Suécia, propôs uma abordagem inovadora para esse dilema: usar as características das próprias nuvens quânticas — mais especificamente, o comportamento dos átomos em estados altamente energizados, conhecidos como estados de Rydberg — como uma nova maneira de marcar o tempo, sem a necessidade de um ponto de partida fixo.

Os átomos de Rydberg são como versões expandidas de átomos normais, com elétrons extremamente energizados orbitando longe do núcleo. Embora os cientistas frequentemente usem lasers para excitar elétrons a esses estados de alta energia, o interessante aqui é como esses elétrons se comportam quando sobrepostos — criando padrões de interferência únicos, semelhantes às ondulações formadas quando várias pedras são jogadas em um lago ao mesmo tempo.

Visualização de um átomo de Rydberg. (Berndthaller/CC BY-SA 4.0/Wikimedia Commons)

Esses padrões, conhecidos como pacotes de ondas de Rydberg, evoluem previsivelmente ao longo do tempo. Ao analisar a interferência, os pesquisadores conseguiram identificar “impressões digitais” temporais que não dependem de um momento inicial. Isso lhes permite, por exemplo, afirmar que quatro nanossegundos se passaram simplesmente observando o padrão formado — sem a necessidade de um “relógio” convencional.

Testes com Hélio e Medições Precisas

Nos experimentos, os cientistas utilizaram átomos de hélio excitados por laser e compararam os resultados com modelos teóricos para confirmar a precisão desses padrões como marcadores de tempo. Segundo a física Marta Berholts, que liderou o estudo, a principal vantagem desse método é justamente o fato de não exigir que a contagem comece do zero — basta observar o padrão de interferência para saber quanto tempo se passou.

Os elétrons que se movem quando empurrados para um estado de Rydberg são menos como contas deslizando em um pequeno ábaco e mais como uma noite na mesa de roleta, onde cada giro e salto da bola é comprimido em um único jogo de azar. (graphics.vp/Canva)

Esse novo método pode ser particularmente útil em estudos que envolvam espectroscopia ultrarrápida, onde os eventos ocorrem em frações de tempo tão pequenas que os métodos tradicionais se tornam inviáveis. Com essa técnica, é possível registrar ocorrências com duração de apenas 1,7 trilionésimos de segundo.

Os pesquisadores acreditam que podem expandir esse tipo de “relógio quântico” usando diferentes elementos ou ajustando os pulsos de laser, criando uma espécie de catálogo temporal adaptável a uma variedade de condições experimentais.

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