Cientistas em Viena e Pequim criam os primeiros relógios nucleares do mundo

Dois grupos de cientistas, um em Viena e outro em Pequim, desenvolveram os dois primeiros relógios nucleares funcionais do mundo. Os dispositivos, segundo eles, representam um avanço importante na medição do tempo, com potencial para uma ampla gama de aplicações práticas. Além disso, pode oferecer uma nova ferramenta para investigar a física fundamental.

Os equipamentos representam a próxima geração dos relógios atômicos, máquinas de medição do tempo de altíssima precisão criadas em 1949.

As equipes de pesquisa, que descreveram seus trabalhos em artigos publicados nesta quarta-feira (7) na revista Nature, afirmaram que os relógios nucleares têm potencial para superar os melhores relógios atômicos convencionais, embora ainda não tenham alcançado esse desempenho.

Os dispositivos são chamados de relógios nucleares não porque sejam movidos a fusão ou fissão nuclear, mas porque o tempo é calculado por meio do monitoramento da interação da luz —um laser de alta potência— com o núcleo de um átomo.

Ambos os relógios nucleares se baseiam em uma forma, ou isótopo, do elemento tório, chamada tório-229, confinada em cristais de fluoreto de cálcio em estado sólido.

"As duas equipes trabalharam de forma independente e conseguiram, ao mesmo tempo, pôr em funcionamento relógios nucleares de tório-229, usando abordagens experimentais distintas. Acho isso muito encorajador, porque mostra que o conceito é robusto e não depende de uma implementação técnica específica", disse o físico Shiqian Ding, da Universidade Tsinghua (China), que ajudou a liderar a equipe de Pequim.

"A criação de um relógio nuclear era algo com que os físicos sonhavam havia quase 50 anos. Em minha equipe, trabalhamos para alcançar esse objetivo desde 2008", afirmou o físico Thorsten Schumm, da TU Wien (Áustria), integrante do grupo de Viena.

Schumm disse vislumbrar aplicações para os relógios nucleares em áreas como navegação por satélite, sincronização da transferência de dados, agrimensura e metrologia —a ciência que estuda as medições e suas aplicações práticas.

Os relógios atômicos convencionais medem o tempo usando lasers ou micro-ondas para fazer partículas subatômicas chamadas elétrons saltarem repetidamente entre dois níveis de energia na eletrosfera de um átomo, com o uso de elementos como césio ou estrôncio.

Os novos relógios nucleares medem o tempo usando lasers para fazer partículas subatômicas chamadas prótons e nêutrons saltarem repetidamente entre níveis de energia dentro do núcleo de um átomo —neste caso, o tório-229.

A ideia é que o monitoramento dessas transições dentro do núcleo atômico possa alcançar níveis de precisão ainda maiores do que o monitoramento nos elétrons, porque o núcleo de um átomo é muito menor do que a eletrosfera ao seu redor, onde ficam os elétrons.

APERFEIÇOANDO A TECNOLOGIA

Segundo Schumm, o relógio nuclear ainda está "longe de atingir o desempenho almejado" e que os pesquisadores buscam aperfeiçoar a tecnologia.

"O que é interessante aqui é que o relógio de Viena tem cristais de tório ligeiramente melhores —maior concentração e melhores propriedades ópticas—, enquanto a equipe de Pequim dispõe de um laser mais potente. Portanto, só de reunir esses componentes, já podemos construir um relógio significativamente melhor", disse Schumm.

Os melhores relógios atômicos convencionais podem passar bilhões de anos perdendo ou ganhando apenas um segundo. Essa precisão extraordinária tem sido vital para aplicações como sistemas globais de navegação por satélite e comunicações por internet, redes celulares e fibras ópticas. Os pesquisadores dizem acreditar que os relógios nucleares, depois de aperfeiçoados, poderão desempenhar essa função ainda melhor e ser construídos de forma menos volumosa e delicada.

Os relógios nucleares também se mostram promissores na investigação da física fundamental. A equipe de Viena demonstrou que seu relógio poderia realizar um experimento de física de alta precisão ao tentar detectar a matéria escura, um componente crucial do Cosmos que, até hoje, não pôde ser observado. O experimento não detectou matéria escura, mas o relógio nuclear apresentou um desempenho equivalente ao dos melhores relógios atômicos.

"Isso abre as portas para todo um novo universo da física", afirmou Schumm.