Cientistas criam primeiros relógios nucleares funcionais do mundo

Cientistas de Viena e Pequim criam os primeiros relógios nucleares funcionais, uma nova abordagem para medir o tempo com precisão

Pesquisadores de Viena, na Áustria, e Pequim, na China, conseguiram criar, de maneira independente, os primeiros relógios nucleares funcionais já desenvolvidos. A conquista representa a realização de uma busca que físicos mantêm há várias décadas e pode abrir caminho para métodos ainda mais precisos de medição do tempo.

Os equipamentos utilizam lasers para monitorar alterações nos níveis de energia presentes no núcleo de átomos de tório-229. Embora a nova tecnologia ainda não alcance o desempenho dos relógios atômicos mais avançados atualmente disponíveis, ela poderá ter aplicações em áreas como navegação via satélite, transmissão de dados e estudos relacionados à física fundamental.

Como funciona um relógio nuclear
Apesar do nome, os relógios nucleares não utilizam fusão nem fissão nuclear para funcionar. O processo de medição acontece por meio da interação entre um laser de alta potência e o núcleo de um átomo.

A diferença mais importante em relação aos relógios atômicos tradicionais está na região do átomo utilizada como referência. Nos modelos convencionais, a passagem do tempo é determinada a partir das alterações nos níveis de energia dos elétrons, localizados na parte externa do átomo. Para provocar essas mudanças, são empregados lasers ou micro-ondas, utilizando elementos como césio e estrôncio.

Já nos relógios nucleares, o ponto de referência fica no interior do átomo. A ação dos lasers provoca mudanças nos níveis de energia relacionadas aos prótons e nêutrons presentes no núcleo. Como essa região possui dimensões muito menores do que a área ocupada pelos elétrons, os cientistas acreditam que seu monitoramento poderá proporcionar uma medição temporal ainda mais precisa.

Os dispositivos desenvolvidos em Viena e Pequim utilizam átomos de tório-229 incorporados em cristais sólidos de fluoreto de cálcio.

´´Os dois grupos trabalharam de forma independente e chegaram a relógios nucleares de tório-229 funcionais ao mesmo tempo, usando diferentes abordagens experimentais. Acho isso muito encorajador porque mostra que o conceito é robusto e não depende de uma única implementação técnica.´´
Shiqian Ding, físico da Universidade Tsinghua, em nota.

Onde a tecnologia pode ser usada
Os relógios atômicos convencionais mais avançados conseguem manter uma precisão tão elevada que podem adiantar ou atrasar somente um segundo ao longo de bilhões de anos. Esse nível de exatidão já desempenha um papel importante em tecnologias como sistemas de navegação por satélite, redes de comunicação da internet, celulares e conexões por fibra óptica.

Com novos avanços, os relógios nucleares poderão levar esse nível de precisão ainda mais longe. Segundo os pesquisadores, a tecnologia poderá ser utilizada em diferentes áreas, incluindo:

• navegação por satélite, que depende de medições extremamente precisas de tempo;
  
• sincronização de dados, importante para redes de comunicação;
  
• levantamentos de alta precisão, que exigem medições temporais extremamente estáveis;
  
• metrologia, campo dedicado à ciência das medições e suas aplicações;
  
• pesquisa em física fundamental, incluindo experimentos para investigar fenômenos como a matéria escura.

O relógio nuclear criado em Viena já foi colocado à prova em uma das pesquisas propostas para a tecnologia. Os cientistas utilizaram o equipamento em uma tentativa de identificar sinais de matéria escura, porém o experimento não revelou evidências desse componente do Universo.

Apesar de não ter encontrado a matéria escura, o teste mostrou que o dispositivo conseguiu alcançar um nível de desempenho comparável ao dos relógios atômicos mais avançados.

Próxima etapa é melhorar os protótipos
Os dois dispositivos ainda precisam evoluir bastante para alcançar o nível de desempenho esperado pelos pesquisadores. O modelo desenvolvido em Viena utiliza cristais de tório com uma concentração mais elevada e características ópticas aprimoradas, enquanto o equipamento produzido em Pequim se destaca pelo uso de um laser de maior potência.

Segundo Thorsten Schumm, físico da TU Wien e integrante da equipe responsável pelo projeto austríaco, reunir essas características pode contribuir para uma melhora expressiva no funcionamento dos relógios nucleares.

“A criação de um relógio nuclear era algo com que os físicos sonhavam há quase 50 anos. Minha equipe trabalha para alcançar esse objetivo desde 2008”, afirmou Schumm.

O cientista também destacou de maneira objetiva o potencial que essa tecnologia pode oferecer à ciência: “Isso dá acesso a um universo completamente novo da física”.

Fonte: Olhar Digital