Investigadores da Universidade Tsinghua, na China, desenvolveram, em colaboração com outras instituições científicas, um relógio óptico nuclear que utiliza transições de energia no núcleo dos átomos para medir o tempo. O dispositivo, cujo funcionamento foi demonstrado em laboratório, representa um avanço na medição de alta precisão e poderá, no futuro, contribuir para melhorar os sistemas de navegação por satélite, as comunicações e a exploração espacial.

O desenvolvimento, apresentado num estudo publicado na revista científica Nature, assenta na utilização do tório-229, um isótopo radioactivo cujas propriedades permitem estabelecer uma referência de frequência a partir de transições de energia no núcleo atómico.

Para concretizar o dispositivo, os investigadores desenvolveram um laser de luz ultravioleta de vácuo, com um comprimento de onda de 148,4 nanómetros, capaz de estimular essas transições com elevada precisão.

A equipa utilizou cristais de fluoreto de cálcio contendo núcleos de tório-229 e conseguiu estabilizar a frequência do laser a partir da resposta dos núcleos à radiação. Este processo permitiu transformar as transições nucleares numa referência efectiva para a medição do tempo.

Segundo Ding Shiqian, professor associado do Departamento de Física da Universidade Tsinghua e investigador da Academia de Ciências da Informação Quântica de Pequim, o princípio de funcionamento é semelhante ao de um relógio de pêndulo.

Enquanto um relógio tradicional mede o tempo através da contagem das oscilações do pêndulo, o relógio nuclear utiliza uma frequência associada às transições de energia no núcleo atómico, correspondente a cerca de dois quatriliões de ciclos por segundo.

Relógios nucleares poderão superar precisão dos actuais dispositivos

Os relógios nucleares são apontados como uma possível evolução dos relógios atómicos, que utilizam transições de energia dos electrões para estabelecer referências temporais.

Embora os relógios ópticos atómicos actuais já permitam medições de elevada precisão, o seu funcionamento pode ser influenciado por perturbações externas, nomeadamente campos eléctricos e magnéticos.

Como os núcleos atómicos estão geralmente menos expostos a determinadas interferências, a utilização das suas transições poderá permitir o desenvolvimento de relógios mais estáveis e menos sensíveis às condições exteriores.

Esta vantagem potencial não significa, contudo, que os novos dispositivos já ultrapassem os relógios atómicos mais avançados. A tecnologia continua em desenvolvimento e necessita de melhorias na estabilidade e no controlo dos sistemas de medição.

Navegação por satélite entre as aplicações futuras

A evolução dos relógios nucleares poderá beneficiar sistemas tecnológicos que exigem referências temporais extremamente precisas.

Entre as aplicações possíveis estão os sistemas de navegação por satélite, nos quais pequenas diferenças na medição do tempo podem traduzir-se em erros na determinação de posições e distâncias.

A tecnologia poderá também contribuir para melhorar a sincronização de redes de comunicação e apoiar sistemas de navegação utilizados em missões espaciais, incluindo a exploração do espaço profundo.

Outra possibilidade apontada pelos investigadores é o desenvolvimento de dispositivos mais compactos, capazes de funcionar fora dos laboratórios especializados.

Apesar dos resultados alcançados, a utilização generalizada destes relógios dependerá de novos avanços na miniaturização dos equipamentos, na estabilidade das medições e na disponibilidade dos materiais necessários ao seu funcionamento.

A investigação abre, assim, caminho a uma nova geração de instrumentos de medição do tempo, com potencial para aplicações tecnológicas e para experiências de física fundamental.

Fonte: TV Brics