Físicos revivem o conceito de laser da década de 1990 para propor um relógio atômico de próxima geração

Embora as primeiras ideias teóricas tenham surgido na década de 1990, o conceito de lasers superradiantes como base para relógios atômicos não ganhou força concreta até 2008. Naquele ano, pesquisadores da Universidade do Colorado propuseram que tais lasers poderiam servir como um novo tipo de relógio atômico. A superradiância é um fenômeno em que um conjunto de átomos emite luz de forma cooperativa, resultando em um pulso de luz muito mais intenso e coerente do que a emissão espontânea individual.

Os relógios atômicos tradicionais funcionam utilizando luz laser para sondar uma transição eletrônica extremamente precisa em um átomo. Esse processo faz com que os elétrons transitem entre níveis de energia a uma frequência extraordinariamente estável, que serve como base para a medição do tempo. No contexto do novo projeto, a proposta é alcançar a largura de linha mais estreita já obtida para um laser óptico. Essa precisão corresponderia a um comprimento de coerência, que é a distância que a luz do laser percorre antes de perder sua fase, estendendo-se do Sol até a órbita de Urano.

Jarrod Reilly, um dos pesquisadores envolvidos, descreve a inovação do esquema proposto: "Em nosso esquema, devido à sua natureza multinível, descobrimos que poderíamos ajustar a cavidade passando de positivo para negativo de uma forma quase linear. " Essa capacidade de ajuste é crucial, pois permite que a extração da cavidade seja regulada para ordens de magnitude menores do que era possível anteriormente. Isso inclui a possibilidade de atingir um ponto em que a extração da cavidade, teoricamente, chega a zero, o que representa um avanço significativo na estabilidade e precisão do laser.

Um laser com tal imunidade a mudanças de frequência ambiental representaria uma ferramenta extremamente poderosa. Ele teria aplicações vastas, especialmente em interferometria óptica, onde padrões de interferência na luz são empregados para realizar medições ultraprecisas. A capacidade de manter a coerência e a estabilidade em condições variáveis abriria portas para avanços em diversas áreas da ciência e tecnologia, desde a metrologia fundamental até sistemas de navegação e comunicação de alta precisão.