Coreia do Sul refaz medição do estrôncio com precisão 50 vezes maior

Durante 88 anos, o número que indica ao laser onde se posicionar para captar um átomo de estrôncio assentou numa medição feita em 1938, quando os investigadores compararam a luz solar com a luz de arco do estrôncio. O Instituto Coreano de Investigação de Normas e Ciência, conhecido como KRISS, voltou agora a medir essa frequência, e o novo valor apresenta uma incerteza reduzida em mais de 50 vezes. A medição diz respeito à transição ótica de 461 nanómetros do estrôncio, e o resultado foi publicado na revista Metrologia.

O valor antigo nunca foi suficientemente preciso para o trabalho atual. O estrôncio é utilizado em relógios de rede ótica e em sensores quânticos, onde átomos em movimento rápido têm de ser abrandados e aprisionados por lasers sintonizados com a frequência de ressonância exata de uma transição atómica. Sem um número fiável, os experimentadores têm de observar diretamente a resposta dos átomos e ajustar o laser por tentativa e erro, um pouco como rodar o botão de um rádio analógico para encontrar uma estação. O novo valor substitui essa busca por um ponto de referência, e a incerteza fica agora em cerca de 5 megahertz, após o que a equipa descreve como uma campanha de medições de precisão que durou um ano.

A ferramenta-chave é um «chip de grelha fotónica», desenvolvido pelo KRISS com o Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia e o Centro Nacional de Nanofabricação. A sua superfície tem uma grelha fina que difrata e reflete a luz em direções definidas quando colocado no interior de um vácuo. As montagens convencionais alinham vários espelhos externos, e cada um deles pode captar vibrações mecânicas; o chip elimina grande parte dessa fonte de erro, e um único chip pode gerar feixes de laser em várias direções, o que simplifica a montagem ótica. Depois de reduzidos os erros do equipamento, os investigadores determinaram a frequência com dois métodos baseados em princípios diferentes. Um lê a forma como os átomos respondem à luz à medida que a frequência do laser varia; o outro deduz a frequência a partir da distribuição de velocidades de um feixe atómico abrandado por lasers. Os dois resultados concordaram dentro das respetivas margens de erro, e o valor final combina-os de acordo com as diretrizes internacionais.

A medição está ligada à hora padrão da Coreia, a referência nacional de tempo e frequência que o KRISS mantém, e essa referência está ligada ao Sistema Internacional de Unidades, pelo que o valor pode ser comparado com a mesma referência em qualquer parte do mundo. Para quem constrói estes dispositivos, o ganho é prático: um ponto de partida partilhado e preciso, em vez de um número que tem de ser redescoberto em cada laboratório. O Dr. Jae Hoon Lee, investigador principal do Grupo de Deteção Quântica Atómica do KRISS, resumiu assim o que está em jogo: «a principal importância desta investigação não é simplesmente termos voltado a medir um único valor de frequência, mas termos disponibilizado de forma proativa um ponto de referência de medição exato para as tecnologias quânticas da próxima geração».

A equipa espera que o valor ajude a libertar os dispositivos quânticos da próxima geração das referências externas de frequência atómica, volumosas, sobretudo quando combinado com a tecnologia de síntese de frequências óticas em desenvolvimento, e que acelere a miniaturização e a comercialização de dispositivos de átomos arrefecidos. Trata-se de expectativas, não de produtos: o resultado é uma única medição de uma transição, e ainda terá de ser adotado pelos construtores de relógios e sensores. O KRISS não indica qualquer calendário para dispositivos comerciais e não nomeia qualquer parceiro industrial.