Avanço em relógios nucleares pode revolucionar a precisão do tempo como nunca antes

São PauloCientistas do JILA, um instituto de pesquisa afiliado ao NIST e à Universidade do Colorado Boulder, alcançaram avanços em relógios nucleares, melhorando a precisão na medição do tempo. Diferentemente dos relógios atômicos, que utilizam variações nos níveis de energia dos elétrons, os relógios nucleares medem mudanças nos níveis de energia do núcleo de um átomo, composto por prótons e nêutrons.

Os pesquisadores demonstraram partes essenciais deste relógio nuclear utilizando tório-229. Eles realizaram isso da seguinte maneira:

• Utilização de um laser ultravioleta especialmente projetado para medir a frequência de um salto de energia em núcleos de tório incorporados em um cristal sólido.
• Emprego de um pente de frequência óptica para contar o número de ciclos de ondas ultravioleta associados a esse salto de energia.
• Estabelecimento de um vínculo direto de frequência entre a transição nuclear do tório e um relógio atômico usando estrôncio.

Esta tecnologia inovadora promete altíssima precisão na medição do tempo. Relógios atômicos atuais, essenciais para GPS, sincronização da internet e transações financeiras, podem se tornar menos precisos em comparação com os relógios nucleares. Essa melhoria pode resultar em sistemas de navegação mais avançados, internet mais rápida e comunicações digitais mais seguras.

Relógios Nucleares: Precisão Superior e Maior Resistência a Interferências

Relógios nucleares são mais resistentes a distúrbios externos do que relógios atômicos. Enquanto em relógios atômicos os elétrons são influenciados por campos eletromagnéticos, as transições nucleares são menos afetadas por esses campos. Além disso, os relógios nucleares medem o tempo com mais precisão, pois operam em uma frequência mais alta devido a mudanças de energia mais rápidas.

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Gerar raios-X coerentes para transições nucleares é uma tarefa complicada. Contudo, o tório-229 se destaca pela sua capacidade de ser ativado por luz ultravioleta, algo mais fácil de produzir em laboratório. Experimentos recentes conseguiram observar e utilizar essa transição, aproximando-nos do desenvolvimento de relógios nucleares.

A pesquisa revelou novos detalhes sobre a forma do núcleo de tório, demonstrando um alto nível de precisão alcançável com essa nova tecnologia. Características inéditas no núcleo de tório fornecem insights que podem alterar experimentos fundamentais da física. Por exemplo, relógios nucleares poderiam ajudar a detectar matéria escura ou confirmar a estabilidade dos constantes básicos da natureza, tarefas geralmente realizadas por grandes aceleradores de partículas.

Um novo tipo de relógio nuclear portátil e confiável está sendo desenvolvido. Cientistas estão explorando o uso de tório embutido em um cristal sólido para criar esses dispositivos. Esse método é promissor porque o núcleo do tório é menos afetado por mudanças no ambiente. O físico Jun Ye do NIST e JILA mencionou que, embora um relógio de pulso que permanece preciso por bilhões de anos ainda não seja possível, a pesquisa está fazendo progressos significativos nessa direção.

Uma maior precisão dos relógios pode impulsionar avanços significativos em diversas áreas, como transporte, comunicação e física teórica. Melhorar a marcação do tempo pode abrir caminho para desenvolvimentos importantes nesses campos.