Um protótipo de relógio nuclear sugere medições de tempo extremamente precisas

Cientistas especializados em medição do tempo criaram um protótipo de relógio nuclear, apontando para futuras possibilidades de usar núcleos atômicos para realizar medições de tempo altamente precisas e testar novas hipóteses das teorias fundamentais da física.

Embora o termo “relógio” ainda seja cientificamente discutível nesse caso, o protótipo ainda não foi usado para medir o tempo de fato. Portanto, tecnicamente, deveria ser chamado de “padrão de frequência”, afirma o físico Jun Ye. Ainda assim, o trabalho aproxima os pesquisadores de um relógio nuclear funcional como nunca antes. “Pela primeira vez, todos os ingredientes essenciais para um relógio nuclear operacional estão reunidos neste estudo”, diz Ye, do JILA, em Boulder, Colorado.

Enquanto relógios atômicos medem o tempo com base em elétrons que saltam entre níveis de energia nos átomos, relógios nucleares medem o tempo com base nos níveis de energia dos núcleos atômicos. Uma frequência específica de luz laser é necessária para que um átomo ou núcleo atômico realize essa transição. O movimento ondulatório eletromagnético dessa luz pode então ser usado para marcar o tempo.

Relógios nucleares utilizariam uma variedade do elemento tório, chamada tório-229. A maioria dos núcleos atômicos apresenta transições de energia grandes demais para serem ativadas por um laser de laboratório. No entanto, o tório-229 possui dois níveis de energia suficientemente próximos para que a transição entre eles possa funcionar como base para um relógio.

Agora, os pesquisadores determinaram com precisão a frequência de luz necessária para iniciar essa transição: 2.020.407.384.335 quilohertz, relatam Ye e colegas em 5 de setembro na revista Nature.

O mais importante é que a medição apresenta uma incerteza de apenas 2 quilohertz — mais de um milhão de vezes mais precisa do que a melhor medição anterior. Além disso, é mais de um bilhão de vezes mais precisa do que o valor conhecido pouco mais de um ano atrás, evidenciando uma sequência de avanços significativos.

Essa melhoria depende de um componente chamado “pente de frequência”. Essencial em muitos relógios atômicos, o pente de frequência gera uma série de frequências discretas de luz. O uso de um pente de frequência com tório-229 vinha sendo um grande objetivo de pesquisa para alguns cientistas. No novo estudo, Ye e seus colegas compararam o “tic-tac” do relógio nuclear com o de um relógio atômico de frequência já conhecida.

“Isso será importante como aplicação científica para testes de física fundamental”, afirma o físico Ekkehard Peik, do Instituto Nacional de Metrologia em Braunschweig, Alemanha, que não participou da pesquisa.

No futuro, essas comparações poderão ser usadas para investigar possíveis efeitos físicos incomuns, como variações nos valores de constantes fundamentais — números que, como o próprio nome sugere, são considerados invariáveis ao longo do tempo.

Fonte da imagem: www.sciencenews.org