O Primeiro Relógio Nuclear do Mundo Pode Ter um Desempenho Superior ao dos Relógios Atómicos

Os relógios atómicos são atualmente os relógios mais precisos, perdendo apenas segundos ao longo de milhares de milhões de anos. No entanto, os relógios nucleares podem vir a ultrapassá-los, melhorando as tecnologias GPS e Internet. Os cientistas desenvolveram e testaram o primeiro protótipo de um relógio nuclear.

Os relógios atómicos medem o tempo contando as vibrações de átomos específicos, que são altamente consistentes. Por exemplo, o césio-133 vibra exatamente 9.192.631.770 vezes por segundo e os relógios atómicos utilizam esta frequência para definir a duração de um segundo. Uma rede global de relógios atómicos sincroniza o tempo em todo o mundo, apoiando tecnologias como a Internet de alta velocidade, o GPS e os lançamentos espaciais que dependem de uma cronometragem precisa.

Maior precisão através da focalização em núcleos atómicos

Os cientistas estão agora a desenvolver um novo tipo de relógio que promete uma precisão ainda maior. Ao contrário dos relógios atómicos, que medem as vibrações de átomos inteiros, os relógios nucleares concentram-se nas vibrações apenas do núcleo.

Embora um átomo seja cerca de 100.000 vezes maior do que o seu núcleo – como um mirtilo num estádio de futebol – esta pequena escala permite uma maior frequência de “tiques” por segundo, dividindo o tempo em incrementos ainda mais finos para uma maior precisão. Além disso, os relógios nucleares são menos afectados por perturbações como o eletromagnetismo, o que aumenta a sua estabilidade.

Tanto nos relógios atómicos como nos nucleares, o “tique-taque” ocorre quando as partículas alternam entre dois estados quânticos quando expostas a um laser de uma frequência específica. No entanto, os relógios nucleares necessitam normalmente de um laser muito mais forte do que os relógios atómicos – exceto quando utilizam o tório-229. O núcleo do tório-229 tem dois estados quânticos com níveis de energia muito mais próximos, exigindo uma menor entrada de energia para a transição entre eles.

Primeira comutação bem sucedida de núcleos de tório usando laser ultravioleta

Em abril, os investigadores do JILA determinaram com sucesso a diferença de energia exacta entre estes estados e comutaram pela primeira vez os núcleos de tório entre eles. Este processo exigiu um laser ultravioleta, ao contrário da luz infravermelha normalmente utilizada nos relógios atómicos.

Componentes-chave demonstrados utilizando luz infravermelha e UV

Com base no seu trabalho anterior, a equipa demonstrou agora todos os componentes necessários para um relógio nuclear.

Utilizam uma série de impulsos de laser infravermelhos para excitar o gás xénon, que depois emite luz UV num padrão previsível. Esta luz UV é dirigida para núcleos de tório suspensos num pequeno cristal, que excita os protões e neutrões no seu interior. Um “pente de frequências ótico” mede então os ciclos das ondas UV para obter uma cronometragem altamente precisa.

Os investigadores também compararam a frequência UV do relógio nuclear com a frequência ótica do relógio atómico mais preciso que existe. Embora o relógio nuclear atual ainda não ultrapasse os relógios atómicos em termos de precisão, serve como prova de conceito.

Segundo Thorsten Schumm, um dos autores do estudo, “Com este primeiro protótipo, mostrámos que o tório pode ser utilizado para a cronometragem de altíssima precisão. Não restam grandes obstáculos, apenas trabalho de desenvolvimento técnico”.

Os investigadores prevêem que, dentro de dois ou três anos, os relógios nucleares ultrapassarão os relógios atómicos em termos de precisão e oferecerão maior portabilidade e estabilidade. Este avanço poderá conduzir a comunicações mais rápidas e fiáveis, a melhores tecnologias de Internet e GPS, e poderá mesmo ajudar na investigação fundamental da física e na procura da matéria negra.

Leia o Artigo Original: New Atlas

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