Cientistas em Viena e Pequim criam primeiros relógios nucleares do mundo
Cientistas em Viena e Pequim criaram, de forma independente, os primeiros relógios nucleares operacionais do mundo, baseados no elemento tório-229. A tecnologia mede o tempo por meio da interação de lasers com o núcleo atômico, superando o foco tradicional nos elétrons dos relógios atômicos. Embora ainda em aperfeiçoamento, a inovação promete superar os modelos atuais, com futuras aplicações em navegação por satélite, telecomunicações e investigações sobre física fundamental e matéria escura.
Equipes científicas que trabalham separadamente em Viena e Pequim desenvolveram os dois primeiros relógios nucleares operacionais do mundo, em um importante avanço na medição do tempo, que promete amplas aplicações práticas e oferece uma nova ferramenta para investigar a física fundamental.
Os dois dispositivos representam a próxima geração de relógios atômicos, máquinas de medição de tempo ultraprecisas criadas pela primeira vez em 1949. As duas equipes de pesquisa, ao descreverem suas conquistas nesta quarta-feira em artigos científicos publicados na revista Nature, afirmaram que os relógios nucleares têm o potencial de superar os melhores relógios atômicos convencionais, mas ainda não o fazem.
Eles são chamados de relógios nucleares não porque sejam movidos a fusão ou fissão nuclear, como um leigo poderia supor, mas porque o tempo é calculado a partir do monitoramento de como a luz -- um laser de alta potência -- interage com o núcleo de um átomo. Ambos os relógios nucleares são baseados em uma forma, ou isótopo, do elemento tório, chamado tório-229, aprisionado em cristais de fluoreto de cálcio no estado sólido.
"As duas equipes trabalharam de forma independente e conseguiram colocar em funcionamento relógios nucleares de tório-229 ao mesmo tempo, utilizando abordagens experimentais diferentes. Acho isso muito encorajador, pois mostra que o conceito é robusto e não depende de uma implementação técnica específica", disse o físico Shiqian Ding, da Universidade de Tsinghua, na China, que ajudou a liderar a equipe responsável pelo relógio de Pequim.
"A criação de um relógio nuclear era algo com que os físicos sonhavam há quase 50 anos. Na minha equipe, temos trabalhado nesse objetivo desde 2008", disse o físico Thorsten Schumm, da TU Wien, na Áustria, que ajudou a liderar a equipe responsável pelo relógio de Viena.
Schumm prevê aplicações para os relógios nucleares em áreas como navegação por satélite, sincronização de transferência de dados, topografia e metrologia, que é o estudo da medição e de suas aplicações práticas.
Os relógios atômicos convencionais medem o tempo usando lasers ou micro-ondas para fazer com que partículas subatômicas chamadas elétrons saltem de um nível de energia para outro na camada de um átomo, utilizando elementos como o césio ou o estrôncio. Os novos relógios nucleares medem o tempo usando lasers para fazer com que partículas subatômicas chamadas prótons e nêutrons saltem de um nível de energia para outro dentro do núcleo de um átomo, neste caso, o tório-229.
A ideia é que o monitoramento dessas transições dentro do núcleo atômico possa atingir níveis de precisão ainda maiores do que o monitoramento nos elétrons, pois um núcleo atômico é muito menor do que a camada que o circunda, onde residem os elétrons.
APERFEIÇOANDO A TECNOLOGIA
Schumm disse que o relógio nuclear ainda está "longe de seu desempenho almejado", com os pesquisadores buscando aperfeiçoar a tecnologia.
"O que é realmente interessante aqui: o relógio de Viena possui cristais de tório ligeiramente melhores -- maior concentração, melhores propriedades ópticas --, enquanto a equipe de Pequim tem um laser mais potente. Assim, apenas reunindo esses componentes, já podemos construir um relógio significativamente melhor", disse Schumm.
Os melhores relógios atômicos convencionais podem funcionar por bilhões de anos perdendo ou ganhando apenas um segundo. Essa ultraprecisão tem sido vital para aplicações como sistemas globais de navegação por satélite e comunicações pela internet, celular e fibra óptica. Os pesquisadores acreditam que os relógios nucleares, uma vez aperfeiçoados, podem desempenhar essa função ainda melhor e podem ser construídos de forma a serem menos volumosos e delicados.
Os relógios nucleares são promissores na investigação da física fundamental. A equipe de Viena demonstrou que seu relógio poderia realizar um experimento de física de precisão ao tentar detectar a matéria escura, componente crucial do cosmos que, até o momento, escapou à observação. O experimento, na verdade, não detectou matéria escura, mas o relógio nuclear teve um desempenho comparável ao dos melhores relógios atômicos.
"Isso abre as portas para um universo físico totalmente novo", disse Schumm.
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