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A teoria da cronometragem combina relógios quânticos e a relatividade de Einstein
A pesquisa que descreve o efeito mostra que a superposição - a capacidade de um átomo de existir em mais de um estado ao mesmo tempo - leva a uma correção nos relógios atômicos conhecida como
Por Dartmouth College - 23/10/2020


A mecânica quântica permite que um relógio se mova como se estivesse viajando simultaneamente em duas velocidades diferentes. Uma nova pesquisa descobriu que isso leva a uma correção nos relógios atômicos conhecida como "dilatação do tempo quântico". Crédito: Petra Korlevic

Um fenômeno da mecânica quântica conhecido como superposição pode impactar a cronometragem em relógios de alta precisão, de acordo com um estudo teórico do Dartmouth College, Saint Anselm College e Santa Clara University.

A pesquisa que descreve o efeito mostra que a superposição - a capacidade de um átomo de existir em mais de um estado ao mesmo tempo - leva a uma correção nos relógios atômicos conhecida como "dilatação do tempo quântico".

A pesquisa, publicada na revista Nature Communications , leva em consideração os efeitos quânticos além da teoria da relatividade de Albert Einstein para fazer uma nova previsão sobre a natureza do tempo.

"Sempre que desenvolvemos relógios melhores, aprendemos algo novo sobre o mundo", disse Alexander Smith, professor assistente de física no Saint Anselm College e professor assistente adjunto no Dartmouth College, que liderou a pesquisa como bolsista júnior no Dartmouth's Sociedade de Fellows. "A dilatação do tempo quântico é uma consequência tanto da mecânica quântica quanto da relatividade de Einstein e, portanto, oferece uma nova possibilidade de testar a física fundamental em sua interseção."

No início dos anos 1900, Albert Einstein apresentou um quadro revolucionário de espaço e tempo, mostrando que o tempo experimentado por um relógio depende de quão rápido ele está se movendo - conforme a velocidade de um relógio aumenta, a taxa em que ele bate diminui. Este foi um afastamento radical da noção absoluta de tempo de Sir Isaac Newton.

A mecânica quântica, a teoria do movimento que governa o reino atômico, permite que um relógio se mova como se estivesse viajando simultaneamente em duas velocidades diferentes: uma "superposição" quântica de velocidades. O trabalho de pesquisa leva essa possibilidade em consideração e fornece uma teoria probabilística de cronometragem, que levou à previsão da dilatação do tempo quântico.

Para desenvolver a nova teoria, a equipe combinou técnicas modernas da ciência da informação quântica com uma teoria desenvolvida na década de 1980 que explica como o tempo pode surgir de uma teoria quântica da gravidade.

"Os físicos procuraram acomodar a natureza dinâmica do tempo na teoria quântica por décadas", disse Mehdi Ahmadi, professor da Universidade de Santa Clara que é coautor do estudo. "Em nosso trabalho, prevemos correções para a dilatação relativística do tempo que se originam do fato de que os relógios usados ​​para medir esse efeito são de mecânica quântica por natureza."

Da mesma forma que a datação por carbono se baseia em átomos em decomposição para determinar a idade dos objetos orgânicos, o tempo de vida de um átomo excitado atua como um relógio. Se esse átomo se mover em uma superposição de velocidades diferentes, seu tempo de vida aumentará ou diminuirá, dependendo da natureza da superposição em relação a um átomo que se move a uma velocidade definida.

A correção para o tempo de vida do átomo é tão pequena que seria impossível medir em termos que façam sentido na escala humana. Mas a capacidade de explicar esse efeito poderia permitir um teste de dilatação do tempo quântico usando os relógios atômicos mais avançados.

Assim como a utilidade da mecânica quântica para imagens médicas, computação e microscopia pode ter sido difícil de prever quando essa teoria estava sendo desenvolvida no início dos anos 1900, é muito cedo para imaginar todas as implicações práticas da dilatação do tempo quântico.

 

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