Uma equipe internacional de pesquisa, liderada por cientistas do JILA, um instituto conjunto do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da University of Colorado Boulder, deu um passo significativo para a criação do primeiro relógio nuclear do mundo. A pesquisa, publicada na revista Nature, marca um avanço na busca pela cronometragem ultraprecisa.
O tório-229 como base de um relógio nuclear
Diferentemente dos relógios atômicos que usam transições de elétrons, os relógios nucleares utilizam saltos de energia dentro do núcleo de um átomo. Essa nova abordagem pode levar a uma precisão sem precedentes na marcação do tempo, pois o núcleo é muito menos afetado por perturbações externas do que os elétrons.
A equipe concentrou-se no tório-229, um átomo com um salto de energia nuclear excepcionalmente pequeno. Usando um laser ultravioleta especialmente projetado, eles mediram com precisão a frequência desse salto de energia em núcleos de tório incorporados em um cristal sólido. Um pente de frequência óptica foi empregado para contar os ciclos de onda ultravioleta que criam esse salto de energia.
“Imagine um relógio de pulso que não perderia um segundo sequer, mesmo que você o deixasse funcionando por bilhões de anos”, disse Jun Ye, físico do NIST e do JILA. “Embora ainda não tenhamos chegado lá, esta pesquisa nos aproxima desse nível de precisão.”
A criação de um relógio nuclear é um desafio por conta dos requisitos de alta energia para a maioria dos núcleos atômicos. O menor salto de energia do tório-229, que requer apenas luz ultravioleta, torna-o um candidato viável para o desenvolvimento de um relógio nuclear.
Observações sem precedentes
Os cientistas envolvidos no estudo alcançaram um nível de precisão um milhão de vezes maior do que as medições anteriores baseadas em comprimento de onda. Eles também estabeleceram a primeira ligação direta de frequência entre uma transição nuclear e um relógio atômico, uma etapa crucial na integração de relógios nucleares com os sistemas de cronometragem existentes.
A precisão alcançada permitiu que os pesquisadores observassem detalhes nunca antes vistos do formato do núcleo de tório. A capacidade de observação seria semelhante a ver formigas na superfície terrestre enquanto você está em um avião.
Embora esse protótipo ainda não seja um relógio nuclear em pleno funcionamento, ele contém toda a tecnologia básica necessária para um. O uso de tório embutido em um cristal sólido, combinado com a sensibilidade reduzida do núcleo a distúrbios externos, sugere o potencial para dispositivos compactos e robustos de marcação de tempo no futuro.
