Relógios nucleares – Uma tecnologia que há quase 50 anos faz parte dos objetivos da física experimental alcançou um marco importante: equipes de pesquisa da Áustria e da China conseguiram colocar em funcionamento, de forma independente, os primeiros relógios nucleares funcionais do mundo. Os protótipos representam uma nova abordagem para medir o tempo e poderão, no futuro, superar os limites de precisão dos equipamentos convencionais.

Os projetos foram desenvolvidos em Viena e Pequim e têm como base átomos de tório-229. Por meio de lasers, os pesquisadores acompanham alterações energéticas no núcleo desses átomos, em vez de utilizar como referência os elétrons, princípio empregado pelos relógios atômicos tradicionais.

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Embora os novos dispositivos ainda não apresentem desempenho superior ao dos melhores relógios atômicos disponíveis, os resultados indicam que a tecnologia é viável. Entre os campos que poderão se beneficiar de seu aperfeiçoamento estão a navegação por satélite, a transmissão de dados e os estudos sobre fenômenos fundamentais do Universo.

Medição do tempo passa a observar o núcleo dos átomos

 A principal inovação dos relógios nucleares está na região do átomo utilizada para estabelecer a referência temporal. Nos modelos convencionais, a medição acompanha transições energéticas dos elétrons, localizados na parte externa dos átomos. Essas mudanças são provocadas por lasers ou micro-ondas e podem envolver elementos como césio e estrôncio.

Na nova tecnologia, o processo ocorre no núcleo atômico, onde estão os prótons e os nêutrons. Os pesquisadores investigam as transições de energia nessa região, que é muito menor do que o espaço ocupado pelos elétrons. A expectativa é que essa característica permita alcançar níveis ainda maiores de precisão.

Apesar da denominação, os equipamentos não dependem de reações nucleares de fusão ou fissão para funcionar. O princípio envolve a interação entre um laser de alta potência e o núcleo do átomo.

Nas duas experiências, o tório-229 é mantido em cristais sólidos de fluoreto de cálcio.

O físico Shiqian Ding, da Universidade Tsinghua, ressaltou que o desenvolvimento simultâneo dos protótipos, por equipes que adotaram métodos experimentais diferentes, reforça a viabilidade da proposta.

“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.”

Navegação e telecomunicações estão entre as áreas beneficiadas

 A medição precisa do tempo tem papel decisivo em tecnologias que dependem da sincronização de informações. Os relógios atômicos mais avançados, capazes de ganhar ou perder apenas um segundo em bilhões de anos, já são utilizados como referência para sistemas de navegação por satélite e redes de comunicação, incluindo conexões de internet, celulares e fibras ópticas.

Com o avanço dos relógios nucleares, os cientistas esperam ampliar as possibilidades de aplicações que exigem referências temporais estáveis. A lista inclui navegação por satélite, sincronização de dados, levantamentos de alta precisão e metrologia, área dedicada à ciência das medições e a seus usos.

Outra possibilidade está na investigação da matéria escura, componente ainda não identificado diretamente que integra as questões estudadas pela física fundamental.

O equipamento austríaco já foi utilizado em um experimento com esse objetivo. A tentativa não encontrou evidências de matéria escura, mas mostrou que o protótipo alcança desempenho no nível dos melhores relógios atômicos.

Próximos passos envolvem combinar avanços técnicos

 Os resultados ainda são considerados uma etapa inicial. Para que os relógios nucleares alcancem todo o potencial previsto, será necessário aprimorar os protótipos e elevar seu desempenho.

As equipes chegaram a resultados promissores com recursos diferentes. O projeto de Viena conta com cristais que apresentam maior concentração de tório e propriedades ópticas superiores. O dispositivo chinês, por sua vez, utiliza um laser mais potente.

Segundo Thorsten Schumm, físico da TU Wien e um dos responsáveis pela pesquisa austríaca, a combinação dessas vantagens técnicas poderá contribuir para avanços expressivos na tecnologia.

“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.

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(Com informações de Olhar Digital)

(Foto: Reprodução/Magnific/user18989612/Imagem gerada por IA)