Por esta inven��o, este cientista sino-americano e o japon�s Hidetoshi Katori v�o dividir US$ 3 milh�es como co-ganhadores do Pr�mio Breakthrough 2022 de F�sica Fundamental.
Trabalhando de forma independente, os dois desenvolveram t�cnicas com laser para capturar e resfriar �tomos, depois de captar suas vibra��es para gerenciar o que se conhece como "rel�gios de rede �ptica", as pe�as de cronometragem mais precisas j� constru�das.
A t�tulo de compara��o, os rel�gios at�micos atuais perdem um segundo uma vez a cada 100 milh�es de anos.
Mas, o que se ganha com uma precis�o maior?
"Realmente, � um instrumento que permite sondar o tecido b�sico do espa�o-tempo no universo", explicou Ye � AFP.
Em laborat�rio, os cientistas demonstraram que o tempo se move mais devagar quando o rel�gio se aproxima a alguns cent�metros do solo, em linha com a teoria da relatividade de Einstein.
Aplicados � tecnologia atual, estes rel�gios poderiam melhorar a precis�o da navega��o por GPS em mil vezes ou ajudar um avi�o espacial n�o tripulado a pousar sem problemas em Marte.
- Hist�ria do tempo -
Melhorar a precis�o e a exatid�o da cronometragem � um objetivo desde que os antigos eg�pcios e chineses fabricavam rel�gios solares.
Um avan�o-chave ocorreu com a inven��o do rel�gio de p�ndulo, em 1656, que se baseia em um peso oscilante. D�cadas depois, os cron�metros eram suficientemente precisos para determinar a longitude de um barco no mar.
No come�o do s�culo XX, surgiram os rel�gios de quartzo, que quando recebem uma carga de eletricidade, ressoam a frequ�ncias muito altas e espec�ficas, com uma quantidade de tiques por segundo.
Os rel�gios de quartzo s�o onipresentes na eletr�nica moderna, mas ainda s�o um tanto suscet�veis �s varia��es provocadas pelo processo de fabrica��o ou a condi��es como a temperatura.
O grande salto seguinte na cronometragem surgiu de aproveitar os movimentos dos �tomos energizados para desenvolver rel�gios at�micos, que s�o imunes aos efeitos das varia��es ambientais.
Os f�sicos sabem que s� uma frequ�ncia muito alta far� com que as part�culas ou os el�trons que orbitam o n�cleo de um tipo espec�fico de �tomo saltem para uma �rbita mais distante do n�cleo com um estado maior de energia.
Os rel�gios at�micos geram a frequ�ncia aproximada que faz com que os �tomos do elemento C�sio passem para este estado de maior energia.
Em seguida, um detector conta a quantidade destes �tomos energizados, ajustando a frequ�ncia, se necess�rio, para deixar o rel�gio ainda mais preciso; tanto, que desde 1967, um segundo � definido como as 9.192.631.770 oscila��es de um �tomo de C�sio.
- Explorando o universo -
Em laborat�rio, Katori e Ye encontraram formas de melhorar ainda mais os rel�gios at�micos, movendo as oscila��es ao extremo vis�vel do espectro eletromagn�tico, com frequ�ncias cem mil vezes mais altas do que as utilizadas nos rel�gios at�micos atuais, para torn�-los ainda mais precisos.
Eles se deram conta de que precisavam de uma forma de capturar os �tomos, neste caso, do elemento Estr�ncio, e mant�-los quietos a temperaturas ultrabaixas para ajudar a medir o tempo corretamente.
Se os �tomos ca�ssem devido � gravidade ou se movessem, haveria uma perda de precis�o e a relatividade causaria distor��es na cronometragem.
Para capturar os �tomos, os pesquisadores criaram uma "rede �ptica" de ondas a laser que se movem em dire��es opostas para criar uma forma estacion�ria, similar a uma caixa de ovos.
Ye sente-se entusiasmado com o uso potencial de seu rel�gio. Por exemplo, sincronizar os rel�gios dos melhores observat�rios do mundo at� as menores fra��es de segundo permitiria aos astr�nomos conceituar melhor os buracos negros.
Rel�gios melhores podem, ainda, lan�ar nova luz sobre os processos geol�gicos da Terra.
A relatividade diz que o tempo desacelera quando se aproxima de um corpo maci�o e por isso, um rel�gio suficientemente preciso poderia indicar aos cientistas a diferen�a entre rocha s�lida e lava vulc�nica sob a superf�cie, ajudando a prever uma erup��o. Ou medir o n�vel dos oceanos ou quanta �gua flui debaixo de um deserto.
Ye considera que o pr�ximo grande desafio ser� miniaturizar a tecnologia para tir�-la do laborat�rio.
E admite que �s vezes � dif�cil explicar os conceitos fundamentais da f�sica ao p�blico.
"Mas quando ouvem sobre os rel�gios, podem sentir que � algo tang�vel, podem fazer uma conex�o com isso. � muito gratificante", concluiu.
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WASHINGTON
O que o rel�gio mais preciso do mundo pode dizer sobre a Terra e o cosmos?
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