Relógio nuclear manteve seu laser ajustado por mais de um dia

Um relógio preciso precisa repetir uma oscilação sem deixar que seu ritmo se desvie. Pesquisadores de Viena e Braunschweig fizeram um laser corrigir sua própria frequência ao compará-la continuamente com uma mudança de energia em núcleos de tório. O sistema funcionou por mais de 24 horas, um passo experimental para que um relógio nuclear opere com realimentação contínua, embora seu desempenho inicial ainda fique abaixo do dos melhores relógios atômicos ópticos.

Relógios atômicos modernos contam oscilações de luz ajustadas a mudanças de energia dos elétrons que rodeiam os núcleos. Um relógio nuclear propõe usar uma mudança de energia no próprio núcleo como referência. O tório-229, uma forma do elemento tório com composição nuclear específica, permite acessar essa mudança com luz ultravioleta de 148 nanômetros, comprimento de onda muito menor que o da luz visível.

Luca Toscani De Col, Thomas Riebner, Ira Morawetz e colegas puseram tório-229 em um cristal de fluoreto de cálcio da ordem de milímetros, à temperatura ambiente. Quando a frequência do laser coincide com a que os núcleos absorvem, há ressonância. A equipe mediu a absorção, detectou quando a frequência se afastava desse ponto e devolveu a informação ao laser para reajustá-lo. Realimentação é esse ciclo repetido de medir o desvio e fazer uma correção.

Em termos simples: imagine afinar um instrumento por uma nota de referência. O laser é a nota que pode sair do tom; os núcleos fornecem a referência; a medida da absorção diz para qual lado corrigir. A montagem não conta segundos olhando o núcleo diretamente: mantém a luz presa à frequência nuclear e usa suas oscilações como base para contar tempo.

No artigo publicado na Nature, a equipe comparou a frequência estabilizada com a de um relógio baseado em um íon de itérbio, isto é, um átomo de itérbio eletricamente carregado mantido como referência. A instabilidade fracionária, medida de quanto a frequência varia durante um intervalo de observação, caiu aproximadamente como 3 × 10⁻¹² dividido pela raiz quadrada do tempo em segundos e se aproximou de 10⁻¹⁵ após um dia. Isso descreve estabilidade na medição, não prova exatidão absoluta equivalente por milhões de anos.

A nota institucional da TU Wien, sem autor individual identificado, apresenta a montagem de Viena e Braunschweig e a perspectiva de testar física fundamental. Os próprios pesquisadores também procuraram oscilações de frequência compatíveis com certos modelos de matéria escura ultraleve, hipótese sobre uma forma de matéria ainda não identificada, em escalas de 20 segundos a um dia. A análise estabelece limites para modelos examinados; não encontrou matéria escura. Outros trabalhos recentes de relógios nucleares são experimentos distintos e não fazem parte deste resultado.

O avanço comprovado é um sistema em que a referência nuclear controla continuamente a luz durante mais de um dia. A evidência não mostra um recorde de precisão nem uma aplicação pronta em navegação ou telecomunicações. Reduzir ruído e comparar a frequência por períodos mais longos dirá se essa arquitetura poderá rivalizar com as melhores referências atômicas e ampliar os testes das leis físicas.