Cientistas criam primeiros relógios nucleares operacionais em Viena e Pequim

Em laboratórios separados por milhares de quilômetros, dois grupos de cientistas chegaram simultaneamente a um marco que a comunidade científica perseguia há quase meio século. Na Universidade Técnica de Viena e na Universidade de Tsinghua, em Pequim, pesquisadores construíram e colocaram em funcionamento os primeiros relógios nucleares operacionais do mundo. Os resultados, divulgados nesta quarta-feira em artigos publicados na revista Nature, representam um salto significativo na tecnologia de medição de tempo — não porque os dispositivos já superem os melhores relógios atômicos convencionais, mas porque demonstram que é possível fazer algo que até recentemente existia apenas na teoria.

O nome "relógio nuclear" pode induzir ao erro. Não se trata de máquinas movidas a fusão ou fissão, mas de instrumentos que medem o tempo monitorando como um laser de alta potência interage com o núcleo de um átomo. Ambos os relógios funcionam com tório-229, um isótopo do elemento tório aprisionado em cristais sólidos de fluoreto de cálcio. Quando o laser atinge o núcleo, faz com que prótons e nêutrons pulem de um nível de energia para outro. Rastreando essas transições nucleares, os cientistas conseguem medir o tempo com uma precisão potencialmente maior do que a alcançada pelos relógios atômicos convencionais, que monitoram elétrons em vez de núcleos.

O que torna essa conquista particularmente significativa é que as duas equipes chegaram lá por caminhos diferentes. Thorsten Schumm, da TU Wien, liderou o esforço em Viena, onde sua equipe trabalha no projeto desde 2008. Shiqian Ding, da Universidade de Tsinghua, coordenou o trabalho em Pequim. Apesar de abordagens experimentais distintas, ambas conseguiram fazer seus relógios nucleares funcionarem. "Acho isso muito encorajador, pois mostra que o conceito é robusto e não depende de uma implementação técnica específica", afirmou Ding. Para Schumm, a realização marca o fim de uma longa jornada: "A criação de um relógio nuclear era algo com que os físicos sonhavam há quase 50 anos".

Os relógios atômicos convencionais, criados pela primeira vez em 1949, já oferecem uma precisão extraordinária — os melhores podem funcionar por bilhões de anos perdendo ou ganhando apenas um segundo. Essa ultraprecisão tornou possível tecnologias que hoje são fundamentais: sistemas globais de navegação por satélite, comunicações pela internet, celular e fibra óptica. Mas os relógios nucleares prometem ir além. A razão é física: um núcleo atômico é muito menor do que a camada de elétrons que o circunda, o que significa que monitorar transições nucleares pode atingir níveis de precisão ainda maiores.

Ainda há trabalho considerável pela frente. Schumm admite que o relógio de Viena está "longe de seu desempenho almejado". Mas há motivo para otimismo. O relógio de Viena possui cristais de tório com maior concentração e melhores propriedades ópticas, enquanto a equipe de Pequim desenvolveu um laser mais potente. "Apenas reunindo esses componentes, já podemos construir um relógio significativamente melhor", observou Schumm. As aplicações práticas que os pesquisadores vislumbram incluem navegação por satélite aprimorada, sincronização de transferência de dados, topografia e metrologia — o estudo da medição e suas aplicações práticas.

Além das aplicações tecnológicas imediatas, os relógios nucleares abrem portas para investigações em física fundamental. A equipe de Viena usou seu relógio para tentar detectar matéria escura, o componente misterioso que compõe grande parte do universo e que até agora escapou à observação direta. O experimento não encontrou matéria escura, mas o relógio nuclear funcionou com desempenho comparável ao dos melhores relógios atômicos. "Isso abre as portas para um universo físico totalmente novo", disse Schumm. O que começou como um sonho de físicos há décadas agora é realidade — ainda imperfeita, ainda em desenvolvimento, mas real.