Medir o tempo com precisão extrema pode revelar muito mais do que a passagem dos segundos. Uma equipe da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, e do instituto alemão PTB apresentou um relógio nuclear capaz de corrigir automaticamente sua frequência. O avanço transforma uma tecnologia experimental em um instrumento que mantém seu próprio ritmo e abre novas possibilidades para investigar fenômenos invisíveis do universo.
O segredo está no núcleo do átomo
Relógios atômicos convencionais utilizam mudanças de energia dos elétrons como referência para marcar o tempo. O novo dispositivo desloca essa referência para o núcleo, onde ficam prótons e nêutrons.
O elemento escolhido foi o tório-229. Esse isótopo possui dois estados nucleares separados por uma diferença de energia excepcionalmente pequena. Isso permite provocar a transição entre eles usando um laser, algo inviável com a mesma tecnologia na maioria dos núcleos conhecidos.
Como explica o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos, essa abordagem oferece uma referência menos vulnerável a certas perturbações externas.
A expectativa é desenvolver instrumentos mais estáveis e úteis para medições fundamentais.
Um sistema que ajusta a si mesmo
O coração do protótipo é um pequeno cristal de fluoreto de cálcio contendo tório-229. Um laser ilumina o material, e os núcleos absorvem a luz quando sua frequência corresponde à transição nuclear.
Se essa frequência se afasta do valor adequado, a absorção muda. O sistema identifica a diferença e reajusta automaticamente o laser, mantendo sua oscilação vinculada à referência nuclear.
Segundo a Universidade Técnica de Viena, o dispositivo permaneceu estável por mais de 24 horas sem intervenção. Essa capacidade de autorregulação representa o principal avanço sobre demonstrações anteriores.
Após um dia de medição, a estabilidade alcançou uma escala equivalente a aproximadamente um segundo em 30 milhões de anos. A comparação traduz o desempenho observado; não significa que o equipamento tenha sido testado durante esse período.
Apesar do resultado, o protótipo ainda fica atrás dos melhores relógios atômicos ópticos. Lasers mais potentes e cristais aperfeiçoados estão entre os caminhos previstos para melhorar seu funcionamento.
Como um relógio pode procurar matéria escura?
Certos modelos propõem que a matéria escura seja formada por campos associados a partículas extremamente leves. Esses campos poderiam provocar pequenas oscilações em grandezas que determinam o comportamento da matéria.
A transição do tório-229 é especialmente sensível a mudanças nas interações eletromagnética e nuclear forte. Por isso, comparar seu ritmo com o de outro relógio permite procurar alterações que poderiam passar despercebidas em instrumentos convencionais.
No estudo publicado na Nature, os pesquisadores buscaram oscilações periódicas e mudanças lentas na energia da transição nuclear. Eles analisaram sinais em escalas de tempo entre cerca de 20 segundos e um dia.
O experimento não detectou matéria escura. Entretanto, permitiu estabelecer novos limites para algumas de suas possíveis interações com a matéria comum. Em determinados cenários ligados às propriedades nucleares, os resultados avançaram sobre regiões que medições anteriores não conseguiam investigar.
Isso também produz conhecimento: restringir possibilidades ajuda a selecionar quais hipóteses merecem novos testes. Com melhorias na estabilidade e períodos maiores de observação, o relógio poderá ampliar essa busca e transformar a medição do tempo em uma ferramenta para explorar os limites da física.
