Um laser ultraestável tornará o GPS mais preciso. Notícias gratuitas da biblioteca técnica

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Laser super estável torna o GPS mais preciso

23.04.2012

Físicos do Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) demonstraram um novo tipo de laser que é 100 a 1000 vezes mais estável em frequência do que um convencional. Esse tipo de laser pode melhorar a precisão de relógios atômicos de última geração e tecnologias relacionadas, como sistemas de comunicação e navegação e instrumentos astronômicos baseados no espaço.

O protótipo do laser é baseado em um milhão de átomos de rubídio, que executam uma espécie de dança sincronizada e produzem um feixe de laser vermelho escuro opaco. O novo laser é, na verdade, uma espécie de antena ótica phased array, na qual as ondas eletromagnéticas de um grande grupo de antenas idênticas são cuidadosamente sincronizadas e criam uma onda com propriedades únicas. Um laser convencional é baseado em milhões de fótons que ricocheteiam entre dois espelhos, atingindo átomos e gerando luz intensa. Infelizmente, devido aos movimentos dos átomos e à vibração dos espelhos, a frequência do feixe de laser muda constantemente, o que dificulta seu uso, por exemplo, para medições de alta precisão.

O novo laser da JILA não tem essa desvantagem, pois os fótons não permanecem por muito tempo. Os átomos emitem constantemente fótons sincronizados, mas em números muito pequenos. Nesse caso, quase todos os fótons voam para longe antes de colidirem com os espelhos e interromperem a dança sincronizada dos átomos. Isso foi possível graças a um sistema único que mantém átomos entre dois espelhos e, em seguida, usando lasers de baixa potência, ajusta a velocidade de comutação de átomos entre dois níveis de energia. Os átomos emitem fótons toda vez que seu nível de energia cai. Normalmente, um átomo emite apenas um fóton por segundo, mas graças a um sistema desenvolvido no JILA, a taxa de comutação de estados de energia é aumentada por um fator de 10.

O novo laser brilha muito mais fraco do que o ponteiro laser barato mais comum. No entanto, é ideal para aplicações onde é necessário um controle de frequência preciso, como relógios atômicos GPS, sistemas de comunicação óptica, instrumentos avançados de levantamento e astronomia.

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Energia do espaço para Starship 08.05.2024

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Teor alcoólico da cerveja quente 07.05.2024

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A teoria física da supercondutividade é questionada 20.11.2019

Cientistas da Universidade de Stanford descobriram um fenômeno em metais supercondutores que ainda não foi explicado. Questiona a teoria física atual da supercondutividade e requer computadores quânticos para descrevê-la.

Os pesquisadores estudaram a fase de transição no supercondutor Bi-2212 (Bi2Sr2CaCu2O8+x) usando espectroscopia fotoelétron de resolução angular (ARPES). A luz ultravioleta intensa expulsa os elétrons da amostra, e o comportamento dos elétrons no metal é determinado pela energia e velocidade das partículas.

A supercondutividade é causada por elétrons que, abaixo de uma certa temperatura crítica, formam pares de Cooper e podem passar pelo cristal sem impedimentos. Acima desse limite, uma fase "estranha" aparece em supercondutores de alta temperatura, em que os elétrons não se comportam como partículas independentes, como nos metais comuns, mas parecem se reunir em coletivos.

Além da temperatura, o grau de dopagem, ou seja, a presença de impurezas no metal, afeta a transição de fase. A uma temperatura relativamente alta, a transição entre o metal normal e o "estranho" ocorre com um teor de impurezas de 19-20 por cento. Os pesquisadores mostraram que, neste caso, a distribuição da energia dos elétrons muda abruptamente. Se a temperatura for reduzida para a fase supercondutora, o salto será suavizado e as propriedades começarão a mudar gradualmente.

De acordo com um princípio físico chamado transição de fase quântica, isso não deveria acontecer: um caráter de salto também deveria ocorrer em baixas temperaturas. Segundo os cientistas, o fenômeno pode ser explicado pelo emaranhamento quântico, e o comportamento das partículas só pode ser satisfatoriamente descrito usando um computador quântico.

Supercondutores são materiais que conduzem eletricidade com resistência zero. Este fenômeno foi descoberto pela primeira vez em temperaturas muito baixas (alguns graus acima do zero absoluto), mas depois a supercondutividade foi alcançada em temperaturas mais altas (92 kelvin).

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