Cientistas conseguiram colocar em funcionamento o primeiro relógio nuclear do mundo, uma tecnologia que promete elevar a precisão das medições de tempo a um novo patamar e abrir caminhos para investigar alguns dos maiores mistérios da física moderna, incluindo a matéria escura.

O avanço foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST) e de outras instituições internacionais. Os resultados mais recentes foram divulgados no repositório científico arXiv e ainda aguardam revisão por pares.

O que é um relógio nuclear?

Assim como qualquer relógio precisa de um mecanismo que se repita em intervalos regulares para marcar o tempo, os relógios atômicos utilizam transições de energia nos elétrons dos átomos como referência. Nos relógios nucleares, porém, o processo ocorre dentro do núcleo atômico.

Essa diferença é importante porque a parte central do átomo fica muito mais protegido de interferências externas, como campos elétricos e magnéticos, que podem afetar os elétrons. Em teoria, isso permite medições ainda mais estáveis e precisas.

Como funciona a tecnologia?

Os átomos possuem um núcleo formado por prótons e nêutrons, cercado por elétrons. Nos relógios atômicos convencionais, lasers estimulam os elétrons a mudar de nível de energia, produzindo oscilações extremamente regulares que servem como referência temporal.

O novo relógio utiliza uma abordagem diferente: em vez dos elétrons, ele monitora mudanças de energia no núcleo do átomo.

Durante décadas, esse conceito parecia inviável porque as transições nucleares normalmente exigem quantidades muito elevadas de energia. O cenário mudou com o tório-229, um isótopo raro que possui uma transição nuclear acessível por meio de um laser ultravioleta.

Após anos de pesquisa, os cientistas conseguiram identificar a frequência exata necessária para controlar essa transição.

O papel do tório-229 no relógio nuclear

O tório-229 é considerado único porque seu núcleo pode mudar de estado energético com uma quantidade relativamente pequena de energia em comparação com outros elementos.

Para construir o relógio, os pesquisadores incorporaram átomos de tório em um cristal de fluoreto de cálcio e utilizaram um laser ultravioleta para estimular e monitorar essas mudanças nucleares.

Quando a frequência do laser começa a se desviar do valor ideal, o próprio núcleo do tório funciona como uma referência natural para corrigir o sistema e manter sua estabilidade.

O relógio nuclear já supera os relógios atômicos?

Os melhores relógios atômicos ópticos continuam sendo mais precisos. No estágio atual, o relógio nuclear apresenta uma margem de erro equivalente a algumas dezenas de segundos ao longo de um bilhão de anos.

Apesar disso, os pesquisadores destacam que o objetivo inicial era demonstrar que a tecnologia funciona na prática.

Além disso, o sistema já apresenta vantagens importantes. Diferentemente de muitos relógios atômicos avançados, que exigem câmaras de vácuo e temperaturas extremamente baixas, o relógio nuclear consegue operar à temperatura ambiente porque os núcleos ficam protegidos dentro de um cristal sólido.

Aplicações futuras

A expectativa é que futuras versões possam ser menores, mais robustas e mais fáceis de operar. Isso pode beneficiar áreas que dependem de sincronização extremamente precisa, como:

Como o relógio pode ajudar a estudar a matéria escura

Atualmente, o Modelo Padrão descreve as partículas fundamentais conhecidas e suas interações, mas não consegue explicar a matéria escura, que acredita-se representar uma parcela significativa da massa do Universo.

Algumas teorias sugerem que partículas associadas à matéria escura ou possíveis "quintas forças" da natureza poderiam provocar alterações extremamente sutis nas propriedades dos núcleos atômicos.

Como o relógio nuclear é extremamente sensível a essas variações, a tecnologia pode funcionar como uma ferramenta para detectar sinais que passariam despercebidos por outros instrumentos.