Cientistas criam protótipo do primeiro relógio nuclear do mundo

Uma revolução na forma como marcamos o tempo foi agora anunciada por uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas do JILA, sigla em inglês para Joint Institute for Laboratory Astrophysics, centro de pesquisa especializado em tecnologias quânticas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. . EUA (NIST).

Em um estudo publicado recentemente na revista Nature, a equipe apresentou o protótipo de um relógio nuclear, um dispositivo de cronometragem inédito que, para aumentar sua precisão, utiliza sinais diretamente do núcleo de um átomo, em vez de estados de energia alternados, determinados por elétrons que giram em torno do núcleo.

De acordo com um comunicado de imprensa, os autores usaram um laser ultravioleta especialmente projetado para capturar com precisão “a frequência de um salto de energia nos núcleos de tório embutidos em um cristal sólido”. Eles também usaram um pente de frequência óptica, que divide a luz em muitas frequências, para contar o número de ciclos de ondas ultravioleta.

Como construir um relógio nuclear ultrapreciso?

A chave para alcançar uma medição de tempo ultraprecisa é ser capaz de registrar e medir batimentos que ocorrem em intervalos de tempo muito curtos, quase instantâneos, com precisão muito alta. No caso dos relógios atômicos, a transição ocorre quando um elétron absorve ou emite uma quantidade precisa de energiao que resulta em um salto entre os níveis de energia. Esse salto é a batida que o relógio atômico usa para marcar o tempo.

Na prática dos relógios atômicos usados ​​hoje, isso é feito usando átomos de césio e microondas para marcar o tempo da seguinte maneira: Quando os elétrons dentro do átomo de metal alcalino mudam os níveis de energia, essa transição gera uma frequência de microondas registrada como uma batida. .

Mas, além desses relógios atômicos utilizados em todo o mundo, existem também suas versões ópticas, que são centenas de vezes mais precisas. Em vez de microondas, utilizam comprimentos de onda ópticos, neste caso luz visível ou ultravioleta, e também outros tipos de átomos, como itérbio ou estrôncio.

Vantagens e desafios do relógio nuclear

A grande vantagem de um relógio nuclear em relação ao seu equivalente atômico é o seu maior grau de precisão, pois nele as transições nos níveis de energia ocorrem no núcleo do átomo, que é muito mais estável quando comparado aos elétrons em sua borda. O núcleo atômico também é menos afetado por campos magnéticos gerados por fontes externas..

Normalmente, a luz de alta energia necessária neste tipo de dispositivo seriam os raios X, que têm comprimentos de onda muito curtos, mas são tecnicamente mais complexos de usar. Portanto, no presente estudo, os autores preferiram usar o tório-229, que é conhecido por ter o menor salto de energia de qualquer tipo de átomo, segundo o comunicado.

A diferença entre esse isótopo permite o uso da luz ultravioleta, que é mais fácil de manusear, mas tem energia suficiente para causar transições no tório-229. Além de ser mais prático e seguro para uso em laboratório quando comparado aos raios X, a luz ultravioleta torna os experimentos e aplicações futuras muito mais baratas.

Qual a importância do uso de relógios nucleares no mundo?

Quando ativados, os relógios nucleares estabelecerão um novo paradigma mais preciso que os relógios atômicos atuaisque, além de fornecerem a hora internacional oficial, estão presentes em diversas tecnologias, como GPS, sincronização de internet e transações financeiras em geral.

Para aqueles que utilizam o tempo na sua vida quotidiana, o tempo medido pelos relógios nucleares traduzir-se-á em sistemas de navegação mais precisos (com ou sem GPS), ligações à Internet mais rápidas e fiáveis ​​e comunicações digitais mais seguras, afirma o estudo.

“Imaginar um relógio de pulso que não perderia um segundo mesmo se você o deixasse funcionando por bilhões de anos“, compara o coautor Jun Ye, físico do NIST e JILA. Ele conclui: “Embora ainda não tenhamos chegado lá, esta pesquisa nos aproxima desse nível de precisão”.

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