Relógio
nuclear: 10 vezes mais preciso que relógio atômico
Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2016
O núcleo de um isômero do elemento tório é único
que se conhece que pode se tornar a base de um relógio nuclear.
[Imagem: Christoph Düllmann]
Relógio atômico e relógio nuclear
Parecia improvável que alguém pudesse reclamar da precisão dos relógios atômicos,
nossos cronômetros mais precisos. O recordista atual atrasaria no máximo um
segundo em 20 bilhões de anos - o que é bastante se comparado com os 13,7
bilhões de anos que os cientistas calculam como sendo a idade do Universo.
Pois não apenas é desejável superar essa precisão para inúmeras
aplicações práticas, como também agora é possível fazer isso.
Mas o que pode superar a precisão dos relógios atômicos?
Os relógios nucleares que, em vez de se basearem no átomo inteiro,
usarão apenas seu núcleo, que é 100 mil vezes menor e, portanto, está muito
menos sujeito a interferências externas.
Núcleo atômico único
Os físicos sonham com os relógios nucleares há muito tempo, mas só agora
Lars von der Wense e seus colegas da Universidade Ludwig-Maximilians de
Munique, na Alemanha, conseguiram demonstrar experimentalmente um estado de
energização há muito tempo procurado - um isômero nuclear em um isótopo do
elemento tório (Th).
Embora sejam conhecidos mais de 3.300 tipos de núcleos atômicos, apenas
o núcleo do isótopo de tório com massa atômica 229 (Th-229m) oferece uma base
adequada para um relógio nuclear. Ele é o único a apresentar um estado de
excitação - ganho de energia - que fica apenas ligeiramente acima do seu estado
fundamental.
Como ele não ocorre naturalmente, há 40 anos os físicos tentavam
produzi-lo em laboratório para ver se a teoria está correta.
"Espera-se que o Th-229m apresente uma meia-vida muito longa, entre
minutos e várias horas. Assim, deve ser possível medir com precisão
extremamente alta a frequência da radiação emitida quando o estado nuclear
excitado cair de volta para o estado fundamental," explica o professor
Peter Thirolf.
O experimento tour de force exigiu
o desenvolvimento de um complexo sistema sensor para capturar e medir o núcleo
atômico de tório. [Imagem: Lars von der Wense/LMU Munich]
Meia-vida
A possibilidade de construir um relógio nuclear tornou-se realidade
quando a equipe conseguiu detectar diretamente pela primeira vez a transição do
Th-229m.
Eles usaram urânio-233 que, ao sofrer um decaimento radioativo alfa,
gerou o tório-229, que foi então isolado na forma de um feixe de íons. Parece
fácil, mas eles descreveram seu experimento como um tour de force,
uma proeza fruto de muito esforço e habilidade - basta ver que ninguém mais
havia conseguido em mais de 40 anos de tentativas.
O próximo passo será caracterizar as propriedades da transição nuclear
do tório 229 de forma mais precisa, particularmente a meia-vida do isômero, e
checar se a diferença de energia entre os dois estados bate com o que a teoria
prevê.
Esses dados permitirão definir um laser que possa ser ajustado para a
frequência de transição, o que é um pré-requisito para um controle óptico dessa
transição, tornando então realidade o relógio nuclear.
Bibliografia:
Direct detection of the
229Th nuclear clock transition
Lars von der Wense,
Benedict Seiferle, Mustapha Laatiaoui, Jürgen B. Neumayr, Hans-Jörg Maier,
Hans-Friedrich Wirth, Christoph Mokry, Jörg Runke, Klaus Eberhardt, Christoph
E. Düllmann, Norbert G. Trautmann, Peter G. Thirolf
Nature
Vol.: 533, 47-51
DOI: 10.1038/nature17669
