Os relógios nucleares operacionais foram desenvolvidos por equipes científicas trabalhando de forma independente em Viena e Pequim, em um avanço para a medição do tempo que promete aplicações práticas e utilidade na investigação da física fundamental. Os dispositivos representam a próxima geração dos relógios atômicos, equipamentos de medição ultraprecisos desenvolvidos pela primeira vez em 1949.
Em artigos publicados na revista Nature, os pesquisadores relataram que os relógios nucleares têm o potencial de superar os melhores relógios atômicos convencionais, embora esse patamar ainda não tenha sido atingido. O funcionamento não depende de fusão ou fissão nuclear, mas sim do cálculo temporal baseado em como a luz de um laser de alta potência interage com o núcleo de um átomo.
Os dois aparelhos utilizam o tório-229, um isótopo do elemento tório, aprisionado em cristais de fluoreto de cálcio em estado sólido. O físico Shiqian Ding, da Universidade de Tsinghua, que colaborou na liderança do projeto em Pequim, destacou que as equipes obtiveram sucesso de maneira simultânea com abordagens experimentais distintas, comprovando que o conceito é sólido e não depende de uma implementação técnica isolada.
Como funcionam os relógios nucleares
Diferentemente dos relógios atômicos convencionais, que empregam césio ou estrôncio e monitoram elétrons saltando de níveis de energia nas camadas atômicas sob a ação de lasers ou micro-ondas, os relógios nucleares monitoram prótons e nêutrons no núcleo do átomo de tório-229. A expectativa científica é que a observação das transições nucleares atinja uma exatidão superior, visto que o núcleo atômico é consideravelmente menor do que a camada externa habitada pelos elétrons.
O físico Thorsten Schumm, da TU Wien, que participou da liderança da equipe de Viena, afirmou que a criação desse dispositivo era um objetivo almejado por físicos há quase 50 anos, com sua equipe empenhada no projeto desde 2008. Schumm indicou que a novidade terá aplicações na navegação por satélite, sincronização de transferência de dados, topografia e metrologia, voltada ao estudo das medições.
Aperfeiçoamento da nova tecnologia
Os modelos atômicos convencionais mais avançados conseguem funcionar por bilhões de anos com variação de apenas um segundo, precisão essencial para redes de satélites, internet, conexões celulares e fibras ópticas. A expectativa dos cientistas é que os relógios nucleares aperfeiçoados cumpram esse papel com eficiência superior, além da possibilidade de serem projetados em formatos menores e menos delicados.
Segundo Schumm, a tecnologia ainda se encontra distante de sua capacidade máxima. O pesquisador explicou que o relógio de Viena conta com cristais de tório com maior concentração e melhores propriedades ópticas, enquanto a equipe de Pequim dispõe de um laser mais potente. A integração desses componentes distintos possibilitará a construção de mecanismos consideravelmente mais eficientes.
Investigação da matéria escura e física fundamental
No setor da física teórica, os relógios nucleares mostraram potencial ao realizarem experimentos de precisão. O grupo de Viena utilizou seu mecanismo em testes voltados à detecção da matéria escura, componente do cosmos que ainda não foi observado diretamente. Embora o experimento não tenha registrado a matéria escura, o desempenho obtido igualou o dos melhores relógios atômicos, abrindo novas perspectivas para o estudo físico.
