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Um grupo de pesquisadores acabou de ficar mais próximo no desenvolvimento de um relógio nuclear, um dispositivo que não só irá marcar mais precisamente o tempo, como sondar algumas das forças fundamentais do Universo.
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Para quem tem pressa:
- Um relógio nuclear mediria os saltos de energia de um núcleo atômico;
- Sua precisão é associada ao fato do núcleo de um átomo não ser influenciado por interferências externas;
- O problema é que para energizar o centro atômico é preciso mais energia do que para excitar elétrons, e não sabíamos quanto era necessário;
- No novo estudo, os pesquisadores conseguiram medir a quantidade de energia.
A forma mais precisa de medir o tempo atualmente é a partir de um relógio atômico, que marca o tempo disparando um laser contra elétrons. Ele combina a frequência de um laser com os saltos precisos dos elétrons através dos níveis de energia.
No entanto, existem problemas no relógio atômico. Isso porque os elétrons, essenciais para medição do tempo, estão localizados na área externa do átomo, o que acaba deixando-os mais suscetíveis a interferências dos campos magnéticos que podem alterar ligeiramente os níveis de energia, a frequência do laser e consequentemente a medição do tempo.
Uma forma mais precisa de medir o tempo seria usar as transições de energia que podem ocorrer no interior do átomo em seu núcleo, longe de interferências externas. O problema é que o núcleo é mais denso, dificultando que a energia de um laser o atravesse.
No entanto, agora no novo estudo, publicado na Physical Review Letters, os pesquisadores conseguiram energizar um núcleo atômico.
Leia mais:
- Núcleo atômico é energizado pela primeira vez usando laser
- O que é, como funciona e para que serve um relógio atômico?
- Quarks, Bósons e Hadróns: o que são e o que fazem no átomo?
Os pesquisadores conseguiram energizar um núcleo atômico
Nos anos 1970, os pesquisadores descobriram que um átomo de tório-229 têm estados de energia que estão muito próximos, mas até então, a quantidade de energia necessária para acontecer as mudanças de níveis energéticos não haviam sido medidas com precisão. Agora, no novo estudo, cientistas da Alemanha e da Áustria conseguiram fazer isso.
A teoria nos diz que estava em algum lugar na faixa de energia entre 0eV e 10 eV, mas precisamos atingir a frequência certa com precisão de 7 a 8 dígitos para causar um efeito. A varredura de todo o intervalo de pesquisa levaria milênios, então tivemos que restringir o intervalo de pesquisa ao longo de muitos anos de experimentos preparatórios.
Thorsten Schumm, autor da pesquisa, em resposta ao LiveScience
Depois de muitas tentativas foi possível definir a quantidade de energia necessária para excitar o núcleo de um átomo de tório-229: 8,355743 ± 0,000003 elétrons-volts. No entanto, ainda estamos longe de desenvolver relógios nucleares com a mesma precisão dos atômicos. É necessário mais estudos, mas detectar essa transição é um grande passo.
No futuro, os relógios nucleares poderão ser úteis para investigar diversos mistérios da natureza que estão relacionados às forças fundamentais, como a energia escura e a matéria escura.
O relógio nuclear fornecerá uma medição extremamente precisa da diferença de energia entre dois estados ligados do núcleo. Essas duas energias de ligação são o resultado de três das quatro forças fundamentais da física: o eletromagnetismo, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. Isso contrasta com todos os relógios atômicos, que dependem apenas do eletromagnetismo. Se uma dessas três forças fundamentais muda em função do tempo ou da localização no espaço, o relógio nuclear deveria ver isso.
Thorsten Schumm
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