Pesquisadores em Viena e Pequim alcançaram simultaneamente um objetivo que a física perseguia há quase 50 anos: construir relógios nucleares funcionais. A conquista comprova um conceito teórico e abre caminho para aplicações tecnológicas que dependem de uma medição de tempo mais estável do que era possível até agora.
Ao contrário do que o nome sugere, esses dispositivos não usam fusão nem fissão nuclear. Eles usam lasers de alta potência para monitorar como a luz interage com o núcleo do átomo, especificamente, núcleos de tório-229 aprisionados em cristais de fluoreto de cálcio.
A precisão vem dessa escala: o núcleo é uma região muito menor que a camada eletrônica, o que permite medições mais exatas.
Como diferem dos relógios atômicos convencionais
Os relógios atômicos tradicionais acompanham mudanças de energia nos elétrons, que ficam na camada externa do átomo. Lasers ou micro-ondas fazem essas partículas passar de um nível energético a outro em elementos como césio e estrôncio.
Relógios nucleares, porém, observam o que ocorre dentro do núcleo, transições que envolvem prótons e nêutrons, onde a medição pode atingir uma margem de erro ainda menor.
Os melhores relógios atômicos adiantam ou atrasam apenas um segundo a cada bilhão de anos. Essa precisão já é usada na navegação por satélite e em redes de telecomunicação globais. Relógios nucleares ainda não superam esses equipamentos na prática, mas têm esse potencial. Quando totalmente refinados, poderão reduzir ainda mais essa margem de erro.
Shiqian Ding, físico da Universidade Tsinghua, disse que as duas equipes chegaram aos relógios nucleares de tório-229 por meio de abordagens experimentais diferentes. O resultado mostra que o conceito é robusto e não depende de uma única implementação técnica.
A equipe de Viena construiu cristais de tório com maior concentração e melhores propriedades ópticas. A equipe de Pequim desenvolveu um laser mais potente, e essas características poderiam ser combinadas para melhorar ainda mais o desempenho futuro dos dispositivos.
Aplicações que estão por vir
Navegação por satélite, sincronização de redes de dados, levantamentos que exigem extrema estabilidade temporal, metrologia e pesquisa em física fundamental, incluindo a busca por matéria escura, são os campos em que esses relógios podem revolucionar a precisão disponível.
O protótipo de Viena já foi testado em um experimento que procurava detectar matéria escura. Embora o experimento não tenha encontrado evidências desse componente do Universo, o protótipo demonstrou desempenho equivalente aos melhores relógios atômicos existentes.
Thorsten Schumm, físico da TU Wien e responsável pelo projeto austríaco, disse que a criação de um relógio nuclear abre acesso a um universo completamente novo da física. Sua equipe persegue esse objetivo desde 2008.
