MADRID, 7 out. (EUROPA PRESS) -
A Universidade Tecnológica de Viena (Áustria) abriga o primeiro protótipo mundial de uma nova tecnologia de cronometragem que, segundo a revista “Nature”, deverá estabelecer importantes recordes de precisão.
Durante décadas, pesquisadores de todo o mundo trabalharam para alcançar esse objetivo, mas é agora que estão ocorrendo avanços importantes em rápida sucessão. Assim, Viena abriga o primeiro relógio nuclear do mundo que se autoestabiliza, como é comum nos relógios atômicos. Ficou comprovado que esse sistema permanece estável por mais de 24 horas sem intervenção.
Essa tecnologia tem o potencial de superar significativamente a precisão dos relógios atômicos anteriores. Ela representa um passo importante em direção a um novo tipo de metrologia de alto desempenho, que permitirá medir diversas grandezas físicas com uma precisão até então inatingível.
Durante décadas, suspeitava-se que os núcleos atômicos de tório possuíssem uma propriedade muito especial que os tornasse uma ferramenta ideal para medições extremamente precisas: eles têm dois estados de energia distintos, cujas energias são muito semelhantes. Como a diferença de energia entre esses dois estados é excepcionalmente pequena, é possível utilizar um laser para “alternar” deliberadamente o núcleo atômico de um estado para outro. Em outros núcleos atômicos, as diferenças de energia são muito maiores, por isso eles não respondem à luz do laser.
Em abril de 2024, a equipe liderada pelo professor Thorsten Schumm no Instituto de Física Atômica e Subatômica da Universidade Técnica de Viena, juntamente com a equipe liderada pelo professor Ekkehard Peik no PTB Braunschweig, na Alemanha, conseguiu, pela primeira vez, descobrir essa transição nuclear há muito suspeitada: eles demonstraram que os núcleos de tório podem ser excitados com feixes de laser. No outono do mesmo ano, a equipe demonstrou que isso pode ser utilizado para construir um relógio de alta precisão: o aparelho de excitação de núcleos de tório foi acoplado a um relógio atômico óptico convencional, e os núcleos de tório foram utilizados como cronômetro.
A rigor, porém, esse ainda não era o tipo de relógio nuclear que poderia ser utilizado para estabelecer recordes de precisão. “O que realmente é necessário é um relógio nuclear autoestabilizador”, explica o professor Thorsten Schumm. “A ideia básica é simples: temos um laser e tório. O laser altera o estado energético dos núcleos de tório, e esses núcleos são usados para estabilizar a frequência do laser”.
O coração do relógio nuclear é um cristal que contém átomos de tório, produzido na Universidade Técnica de Viena (TU Wien). Esse cristal é irradiado com um laser. “A oscilação dessa luz laser pode ser usada para medir o tempo, mas a frequência do laser pode variar ligeiramente de vez em quando, por exemplo, devido a flutuações de temperatura”, explica Thorsten Schumm. “Portanto, para medições de alta precisão, é necessário um mecanismo que mantenha a frequência do laser exatamente estável, de modo que o relógio continue funcionando no mesmo ritmo”.
Nos relógios atômicos convencionais, utilizam-se átomos e os estados energéticos de seus elétrons para esse fim; a equipe de Thorsten Schumm agora emprega núcleos de tório. Esses núcleos de tório absorvem a luz do laser, mas somente quando a frequência do laser está exatamente correta. Se a frequência se desviar, mesmo que ligeiramente, do valor ideal, a absorção diminui significativamente. Nesse caso, a frequência do laser se reajusta automaticamente e o relógio continua funcionando com precisão. Isso resultou no primeiro relógio nuclear autorregulável, sem a necessidade de depender de um relógio atômico convencional.
“A grande vantagem do novo relógio nuclear de Viena é que, ao utilizar núcleos atômicos em vez de átomos, é possível alcançar, em princípio, uma precisão muito maior”, destaca Thorsten Schumm. Os núcleos atômicos são mais de dez mil vezes menores que os átomos; reagem muito menos a perturbações externas e, portanto, são indicadores de tempo muito mais confiáveis.
A precisão do novo relógio nuclear foi investigada durante um dia e é de aproximadamente 10 elevado à potência de menos 15, o que corresponde a um erro de aproximadamente um segundo a cada 30 milhões de anos. “Ainda não atinge o nível dos melhores relógios atômicos ópticos do mundo, mas, para um primeiro protótipo, é um resultado fantástico”, destaca Thorsten Schumm. A precisão será melhorada drasticamente por meio de diversas medidas, como lasers mais potentes e cristais de tório de melhor qualidade.
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