Cientistas desenvolvem primeiro protótipo de relógio nuclear

Imagine um relógio tão preciso que poderia marcar o tempo sem perder um milésimo de segundo sequer, mesmo após bilhões de anos de uso. Ainda não chegamos a esse nível de precisão, mas a ciência se aproximou desse objetivo após um avanço recente na área: o desenvolvimento do primeiro protótipo de um relógio nuclear.

Pela primeira vez, cientistas conseguiram medir a diferença entre dois estados de energia no núcleo de tório-229, um isótopo de tório. Esse feito, que levou décadas de pesquisa, abriu as portas para um novo tipo de medidor de tempo, conhecido como relógio nuclear. O estudo foi publicado pela Nature.

“Com este primeiro protótipo, provamos que o tório pode ser usado como um medidor de tempo para medições de ultra-alta precisão”, diz o físico Thorsten Strumm, da Universidade de Tecnologia de Viena e autor do estudo.

Até agora, os relógios atômicos eram os campeões em precisão, baseando-se nas mudanças nos estados de energia dos elétrons ao redor do núcleo atômico. Isso é feito usando feixes laser bastante precisos para excitar os elétrons, e então fazer a medição de tempo.

Os relógios atômicos se propõem a fazer o mesmo, só que jogando o laser diretamente no núcleo do átomo. Isso requer bem mais energia em comparação a um relógio atômico.

É aí que entra o tório-229. A transição nuclear desse isótopo, conhecida como a “transição do relógio nuclear”, é particularmente interessante porque o núcleo desse elemento possui um estado excitado que requer muito menos energia para ser acessado em comparação com outros núcleos.

O protótipo do relógio nuclear, embora ainda rudimentar, já conseguiu demonstrar a viabilidade do conceito. A equipe usou um cristal de fluorita de cálcio contendo núcleos de tório-229 e conseguiu trocar seus estados de energia usando luz ultravioleta a vácuo. O resultado foi um “tic-tac” nuclear que, embora ainda não seja mais preciso que os melhores relógios atômicos, marca um avanço significativo na tecnologia.

O próximo passo é refinar essa tecnologia. Jun Ye, do JILA e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e também autor do estudo, explica que, embora o relógio nuclear atual ainda não seja mais preciso que os relógios atômicos existentes, a pesquisa está se aproximando de uma tecnologia revolucionária. 

“Os resultados marcam o início dos relógios ópticos de estado sólido baseados em núcleos e demonstram a primeira comparação entre relógios nucleares e atômicos”, afirma Ye.

Com o avanço contínuo, os cientistas esperam que, dentro de alguns anos, os relógios nucleares possam superar os melhores relógios atômicos em termos de precisão. Isso não apenas melhoraria a medição do tempo, mas também poderia ajudar em estudos fundamentais da física e em diversas aplicações práticas, desde navegação até a busca por matéria escura.