doi.org/10.1038/s41467-024-49631-0
Credibilidade: 999
#Relógio Atômico
Cientistas estão desenvolvendo relógios nucleares altamente precisos com base no isótopo 229Th, que podem ter aplicações além da medição de tempo convencional, como em sensores de gravidade e na tecnologia GPS.
Experimentos recentes mostraram controle sobre o decaimento do estado isomérico, oferecendo novas informações sobre constantes físicas e mistérios do universo, como a energia escura.
Relógios atômicos e nucleares:
Os relógios atômicos, conhecidos por medir com precisão o “segundo? – a menor unidade padrão de tempo “, utilizam as oscilações naturais dos elétrons nos átomos, de forma semelhante ao funcionamento de um pêndulo em relógios tradicionais. A busca por uma precisão ainda maior levou ao desenvolvimento dos relógios nucleares, que usam as transições dos núcleos atômicos para medir o tempo com uma precisão sem precedentes.
Avanços na tecnologia dos relógios nucleares:
Uma das principais apostas para o desenvolvimento de relógios nucleares ultraprécisos é o estado excitado do núcleo do isótopo 229Th. Sua longa meia-vida de 103 segundos e sua baixa energia de excitação, de alguns elétron-volts, o tornam ideal para excitação por lasers de luz ultravioleta (VUV), oferecendo uma referência precisa para os relógios nucleares. Além disso, esses relógios podem ser usados em dispositivos compactos de metrologia de estado sólido e em pesquisas fundamentais da física.
Para explorar as possíveis aplicações do isômero do 229Th, é essencial compreender suas propriedades fundamentais, como a energia isomérica, a meia-vida e as dinâmicas de excitação e decaimento.
Desenvolvimentos experimentais em relógios nucleares:
Avançando nessa direção, o Professor Assistente Takahiro Hiraki, da Universidade de Okayama, no Japão, junto com sua equipe, desenvolveu uma configuração experimental para avaliar a população do estado isomérico do 229Th e detectar seu decaimento radiativo. Em um estudo recente publicado na revista Nature Communications, eles sintetizaram cristais de CaF2 dopados com 229Th e demonstraram a capacidade de controlar a população do estado isomérico do 229Th usando raios X.
“Nossa equipe trabalha com física fundamental usando átomos e lasers. Para realizar um relógio nuclear de estado sólido usando o 229Th, é necessário controlar o estado de excitação e desexcitação do núcleo. Neste estudo, conseguimos controlar esses estados nucleares com raios X, nos aproximando da construção de um relógio nuclear”, explicou o Professor Hiraki.
Para investigar o decaimento radiativo (desexcitação), a equipe usou um feixe de raios X ressonante para excitar o núcleo de 229Th do estado fundamental para um estado isomérico. Eles descobriram que o núcleo dopado com 229Th sofreu decaimento radiativo de volta ao estado fundamental, emitindo um fóton VUV (ultravioleta a vácuo).
Aplicações potenciais e implicações futuras:
Um dos achados mais importantes foi o rápido decaimento do estado isomérico quando exposto à radiação de raios X, o que permitiu o “apagamento” do estado isomérico sob demanda. Os pesquisadores acreditam que esse controle pode avançar o desenvolvimento dos relógios nucleares, além de possibilitar outras aplicações, como sensores portáteis de gravidade e sistemas de GPS de alta precisão.
Enfatizando o potencial dos relógios nucleares ópticos, o Professor Hiraki afirma: “Quando o relógio nuclear em desenvolvimento for concluído, ele nos permitirá testar se as ‘constantes físicas’, como a constante de estrutura fina, que antes acreditávamos ser imutável, podem variar ao longo do tempo. Se observarmos essa variação, isso pode levar à elucidação da energia escura, um dos maiores mistérios do universo.”
Publicado em 30/09/2024 21h45
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