Nesse nível de precisão, um erro de um segundo só se acumularia depois de mais de 260 bilhões de anos. Para lembrar, o Universo tem menos de 14 bilhões.
Um relógio atômico não conta o tempo com engrenagens. Ele usa uma mudança muito precisa no estado de um átomo, provocada por uma luz de frequência determinada. Essa mudança serve como uma referência regular, da mesma maneira que um pêndulo fornece um ritmo a um relógio mecânico.
Ilustração do lutécio usado como referência em um relógio atômico óptico.
Crédito: Melanie Lee / Centre for Quantum Technologies.
Os pesquisadores da Universidade Nacional de Singapura escolheram o lutécio-176. Cada um de seus dois relógios abriga um único íon, ou seja, um átomo com carga elétrica. Um laser é ajustado para a frequência própria desse íon. A incerteza obtida se aproxima de 1 × 10-19, o que corresponde a uma medição até a 19ª casa decimal.
Uma precisão desse nível, porém, não é suficiente se for obtida em apenas um aparelho. Por isso, os pesquisadores construíram dois relógios independentes e compararam seus ritmos durante cerca de 200 horas. A diferença medida permaneceu compatível com zero, com uma incerteza de 5,7 × 10-19.
O lutécio oferece aqui uma vantagem prática. A frequência usada para medir o tempo reage muito pouco às variações de temperatura ou aos campos magnéticos. Isso reduz várias correções necessárias com outros átomos. Assim, os dois dispositivos podem funcionar em temperatura ambiente e manter sua precisão.
Nesse nível, a própria gravidade se torna mensurável. Segundo a relatividade geral, o tempo passa de maneira ligeiramente diferente dependendo da altitude e do campo gravitacional. Os dois relógios eram sensíveis o bastante para detectar o efeito correspondente a uma diferença de altura de cerca de 5 mm sobre a mesma mesa.
Essa sensibilidade permite usos que vão além da simples medição do tempo. Relógios desse tipo poderiam comparar com grande precisão o nível de diferentes locais da Terra, acompanhar certas variações do campo gravitacional ou testar leis fundamentais da física. Eles também podem servir para investigar possíveis variações das constantes físicas.
O segundo oficial ainda se baseia em uma transição do césio-133, usada como referência internacional desde a década de 1960. Os relógios ópticos usam frequências muito mais altas e hoje alcançam uma precisão superior. Por isso, os organismos internacionais estudam uma futura redefinição do segundo com base nessa nova geração de relógios.
A próxima etapa será tirar o sistema do laboratório. Os pesquisadores trabalham para tornar o relógio de lutécio transportável sem perder sua precisão. Um aparelho móvel permitiria comparar diretamente relógios instalados em laboratórios distantes e testar seu desempenho em condições reais.