A construção do primeiro relógio nuclear representou um marco na tecnologia da associada à medição do tempo, o que elevou a ciência para além dos limites impostos pelos atuais relógios atómicos. Estes últimos, que já oferecem um nível de precisão extraordinário, baseiam-se nas transições eletrónicas em átomos de césio, que oscilam em frequências regulares quando expostos a micro-ondas. Esta metodologia permitiu até agora alcançar um erro de apenas um segundo ao longo de milhões de anos. Contudo, o relógio nuclear vai mais longe, utilizando a oscilação dos núcleos dos átomos, uma técnica que pode, em teoria, fornecer uma precisão bastante superior.
O princípio por trás deste novo relógio reside nas propriedades do núcleo de tório-229, cujas oscilações são incrivelmente estáveis e imunes a perturbações externas, como interferências eletromagnéticas. As transições nucleares, por serem mais resistentes a estes fatores externos, permitem uma medição do tempo com uma estabilidade ainda maior do que a proporcionada pelas transições eletrónicas dos relógios atómicos convencionais. Tal nível de precisão abre portas para o estudo de fenómenos quânticos e gravitacionais com um rigor que até agora era impossível.
A aplicação destes novos relógios nucleares não se limita à melhoria das medições do tempo. Eles têm o potencial de criar um impacto em áreas como a geodésia relativística, permitindo mapear com precisão milimétrica as variações gravitacionais da Terra. A sua extrema sensibilidade pode ser usada para detectar alterações minúsculas no campo gravitacional, o que pode ter implicações na deteção de matéria escura, um dos maiores mistérios da física moderna, e para a realização de estudos avançados sobre a interação entre a gravidade e as leis da física quântica.
Paralelamente, os investigadores do JILA, um instituto conjunto do NIST e da Universidade do Colorado, conseguiram recentemente medir os efeitos da relatividade geral a uma escala sem precedentes, utilizando relógios atómicos de estrôncio.
Einstein previu que o tempo flui de maneira diferente conforme a intensidade do campo gravitacional, e que, quanto mais próximo do centro de gravidade, mais lentamente passa o tempo. Os cientistas demonstraram este efeito com uma precisão impressionante, medindo a diferença da passagem do tempo entre dois pontos separados por apenas um milímetro. Esta experiência não só reforça a teoria da relatividade geral, como também demonstra que os efeitos gravitacionais podem ser estudados a uma escala microscópica.
O processo utilizado pelos cientistas do JILA envolve o uso de um “retículo ótico”, um sistema de feixes de laser que cria uma espécie de armadilha para átomos ultra-frios de estrôncio. Ao reduzirem a intensidade dos feixes de laser e distribuírem os átomos numa “grelha” mais uniforme e menos densa, conseguiram reduzir os erros causados pelas interações entre os átomos e a luz. Este método permitiu que os átomos oscilassem em sincronia durante um período recorde de 37 segundos, permitindo aos cientistas medir com exatidão a dilatação temporal prevista por Einstein.
Para além da precisão temporal, este avanço tem implicações em várias áreas. Relógios mais precisos podem melhorar a navegação espacial, especialmente em missões de longa distância, onde pequenos erros de tempo podem traduzir-se em grandes desvios de trajetória. Estes relógios também podem ser usados como sensores em áreas tão diversas como a física de partículas, a deteção de recursos naturais subterrâneos e o estudo da estrutura do universo. A capacidade de medir com precisão efeitos relativísticos em escalas microscópicas permite aos cientistas explorar a ligação entre os fenómenos quânticos e gravitacionais, um dos grandes desafios da física moderna.
Em conclusão, tanto o desenvolvimento do relógio nuclear como as inovações no uso de relógios atómicos de estrôncio representam avanços tecnológicos de grande importância. Estes novos relógios não apenas redefinem a forma como medimos o tempo, como também abrem novas possibilidades para a ciência fundamental, permitindo-nos estudar o universo com uma precisão e profundidade nunca antes vistas.
