Excitação a Laser do Núcleo Atômico do Tório: Nova Tecnologia abre Caminho para Medição de Alta Precisão

Há muito tempo que os físicos esperam por este momento: durante muitos anos, cientistas de todo o mundo têm procurado um estado muito específico de núcleos atómicos de tório-229 que prometa aplicações tecnológicas revolucionárias.

Poderia ser usado, por exemplo, para construir um relógio nuclear que pudesse medir o tempo com mais precisão do que os melhores relógios atômicos disponíveis atualmente. Também poderia ser usado para responder a questões fundamentais completamente novas em física – por exemplo, a questão de saber se as constantes da natureza são realmente constantes ou se mudam no espaço e no tempo.

Agora esta esperança tornou-se realidade: a tão procurada transição do tório (símbolo: Th) foi encontrada, a sua energia é atualmente conhecida com exatidão. Pela primeira vez, foi possível usar um laser para transferir um núcleo atômico para um estado de energia mais elevada e depois rastrear com precisão o seu retorno ao seu estado original. Isto torna possível combinar duas áreas da física que antes tinham pouco a ver uma com a outra: a física quântica clássica e a física nuclear. Um pré-requisito crucial para este sucesso foi o desenvolvimento de cristais especiais contendo tório.

Uma equipe de pesquisadores da Vienna University of Technology (TU Wien), na Áustria, liderada pelo professor Thorsten Schumm, publicou recentemente este sucesso, junto com uma equipe do National Metrology Institute Braunschweig (PTB), na revista Physical Review Letters.

Isto marca o início de uma nova e emocionante era de pesquisa: agora que a equipe sabe como excitar o estado do tório, esta tecnologia pode ser usada para medições de alta precisão. “Desde o início, construir um relógio atómico foi um objetivo importante a longo prazo”, diz Thorsten Schumm. "Como um relógio mecânico de pêndulo que usa a oscilação periódica do pêndulo como cronômetro, a oscilação da luz que excita a transição do tório poderia ser usada como base para um novo tipo de relógio que seria significativamente mais rápido e preciso do que os melhores relógios atômicos disponíveis hoje.

Mas não é apenas o tempo que poderia ser medido desta forma com muito mais precisão do que antes. Por exemplo, o campo gravitacional da Terra poderia ser analisado com tanta precisão que poderia fornecer indicações de recursos minerais ou terremotos. O método de medição também poderia ser usado para investigar a fundo os mistérios fundamentais da física: as constantes da natureza são realmente constantes? Ou será que pequenas mudanças podem ser medidas ao longo do tempo? A investigação sobre a matéria escura também espera obter novos conhecimentos através de medições ainda mais precisas.

"Nosso método de medição é apenas o começo. Ainda não podemos prever quais resultados alcançaremos com isso. Certamente será muito emocionante", concluiu Thorsten Schumm.

De qualquer modo, quando a unidade segundo for redefinida com maior precisão pela próxima geração de relógio, você não notará. No entanto, a melhoria contínua na precisão do tempo nos permitirá cada vez mais desenvolver uma melhor compreensão das leis da natureza e do universo.

fonte: TU Wien

Crédito: TU Wien

O sonho do relógio de núcleo atômico

Usando um laser, pesquisadores excitaram o isômero de tório-229 e mediram sua energia de transição e comprimento de onda com uma precisão sem precedentes, abrindo a porta para o desenvolvimento de relógios nucleares que seriam mais precisos do que quaisquer relógios atômicos existentes.