Está próximo o tempo dos relógios nucleares.
Pela primeira vez, os cientistas usaram um laser de mesa para colocar um núcleo atômico em um estado de energia mais elevado. É um feito que coloca os cientistas no caminho da criação do primeiro relógio nuclear, que manteria o tempo baseado no funcionamento interno dos núcleos atômicos.
O avanço é um “avanço notável”, diz Olga Kocharovskaya, física da Texas A&M University em College Station, que não esteve envolvida na investigação.
Comparados aos relógios atômicos – atualmente os cronometristas mais precisos dos cientistas – os relógios nucleares poderiam ser mais simples e portáteis. E poderiam ser usados para testar teorias fundamentais da física de novas maneiras. Com o novo resultado, um relógio nuclear parece mais alcançável do que nunca: “Sabemos agora que é conceptualmente viável”, diz o físico Peter Thirolf, da Ludwig-Maximilians-Universität München, na Alemanha, que não fez parte do estudo.
Relógios atômicos testados e comprovados são baseados na física dos elétrons que circundam os átomos. Dentro desses átomos, os elétrons habitam níveis de energia individuais. Para persuadir um elétron a saltar para um nível de energia superior específico, ele precisa receber a quantidade certa de energia de um laser. Essa energia corresponde a uma frequência específica da luz do laser. Para localizar essa frequência, os cientistas apontam um laser para uma coleção de átomos e examinam a frequência do laser até que os elétrons dêem o salto (SN: 05/10/17). Essa frequência é então usada, como um metrônomo atômico, para marcar o tempo.
Os relógios nucleares usariam as transições dos núcleos atômicos, em vez dos elétrons, para marcar o tempo. Embora a maioria dos núcleos atômicos tenha níveis de energia muito distantes entre si para que um laser dê início ao salto, um núcleo especial é uma exceção. Uma variedade do elemento tório, o tório-229, tem um salto de energia incomumente pequeno, acessível aos lasers.
Até recentemente, os cientistas não sabiam muito bem o tamanho desse salto. Em 2023, no entanto, os cientistas mediram-no com maior precisão do que nunca (SN: 01/06/23).
Isso permitiu que os físicos dessem o próximo passo. Os pesquisadores usaram um laser para levar os núcleos de tório-229 a um nível de energia mais alto e observaram a luz emitida no salto de volta para baixo.. O experimento determinou ainda mais a energia da transição: são 8,35574 elétron-volts, relata a equipe em um artigo aceito para publicação. Cartas de revisão física. Esse número é consistente com a medição de 2023, mas é cerca de 800 vezes mais preciso. Para fazer um relógio nuclear, os cientistas precisarão aumentar ainda mais a precisão desta medição.
Quando os investigadores viram o sinal, “ficamos muito entusiasmados, é claro”, diz o físico Ekkehard Peik, do Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha, em Braunschweig. “Foi uma longa busca.” Peik propôs pela primeira vez a ideia de fazer relógios nucleares com tório-229 em um artigo de 2003 de sua autoria.
No experimento, o tório-229 foi incorporado em um cristal de fluoreto de cálcio. Isso difere dos relógios atômicos, nos quais os átomos estão contidos em uma câmara de vácuo. A possibilidade de fabricar futuros relógios nucleares a partir de materiais sólidos faz parte do seu apelo: “Potencialmente, poderíamos imaginar construir um sistema muito mais simples e portátil, tirando este relógio do laboratório”, diz o físico Jun Ye da JILA em Boulder, Colorado. , que não esteve envolvido na nova pesquisa.
E como os relógios nucleares são baseados em uma física diferente da dos relógios atômicos, a comparação dos dois tipos de relógios poderia permitir novos estudos da física fundamental (SN: 04/06/21). Por exemplo, os cientistas poderiam procurar variações nas constantes fundamentais da natureza, um conjunto de números que governam o cosmos que normalmente são considerados imutáveis (SN: 02/11/16). Os relógios nucleares também poderiam permitir novas buscas por matéria escura, partículas massivas não identificadas que permeiam o universo.
Ainda há muito trabalho a ser feito para construir um relógio nuclear. E mesmo depois de os cientistas os construírem, Ye diz: “serão necessários anos, senão décadas, de trabalho para alcançar os relógios atômicos”. Mas “só poder ver a transição já abre a porta”.