Relógios nucleares passam a usar o tório-229 para estabilizar um laser
Dois trabalhos publicados na Nature demonstram o funcionamento de uma nova referência de frequência em cristais.
Dois artigos publicados na Nature em 7 de outubro demonstram relógios nucleares em funcionamento. As equipas usam uma transição do núcleo de tório-229 para manter estável a frequência de um laser. A referência que regula o aparelho encontra-se, assim, no núcleo do átomo.
Os relógios atómicos recorrem a transições dos eletrões. O tório-229 permite explorar outra região do átomo porque tem uma transição nuclear de energia invulgarmente baixa, acessível com luz ultravioleta. Essa característica torna possível interrogar o núcleo com um laser, em vez de recorrer apenas a processos de energia muito mais elevada.
Um circuito que corrige o próprio desvio
No trabalho liderado na Universidade Técnica de Viena, os núcleos estão incorporados num pequeno cristal de fluoreto de cálcio, à temperatura ambiente. Um laser contínuo de 148 nanómetros atravessa o material. A absorção da luz permite estimar se a frequência se afastou da ressonância nuclear.
O sinal medido alimenta um circuito de correção: o aparelho ajusta o laser e volta a medir. A inovação está em fechar esta malha de realimentação, usando a transição nuclear para orientar a frequência durante a operação. A excitação do núcleo já tinha sido demonstrada em trabalhos anteriores.
Os investigadores comparam a referência nuclear com um relógio de um ião de itérbio. O resumo do manuscrito descreve uma instabilidade que se aproxima de 10⁻¹⁵ com um dia de média. No corpo, os autores distinguem a estabilidade dentro de uma medição contínua da reprodução entre dias, limitada a cerca de 5 × 10⁻¹³ quando o laser é realinhado e atravessa outra região do cristal. Estas métricas avaliam comportamentos diferentes; a exatidão absoluta exige ainda caracterizar desvios sistemáticos.
Uma realização independente
A equipa de Tsinghua e colaboradores demonstra igualmente o bloqueio de um laser à transição do tório num cristal. A universidade explica que o sistema extrai o desvio de frequência da absorção e o usa para corrigir o laser. A existência de duas realizações independentes reforça a viabilidade experimental desta abordagem.
Os resultados já tinham circulado em pré-publicações em junho. A novidade de 7 de outubro é a publicação dos dois trabalhos revistos por pares. O manuscrito austríaco está acessível no arXiv; nesta consulta, o acesso direto aos artigos da Nature ficou parcial ou falhou. Não estabelecemos uma classificação numérica entre os aparelhos nem adotamos reivindicações promocionais de liderança.
Os relógios nucleares podem também testar alterações muito pequenas em constantes físicas. No trabalho austríaco, a comparação de frequências impõe limites a modelos de matéria escura ultraleve. Trata-se de restringir hipóteses através das medições, sem anunciar a deteção dessa matéria.
O resultado adquirido é um novo tipo de referência de frequência operacional. A redução do ruído, a caracterização dos efeitos do cristal e da temperatura e a reprodução das medições determinarão até onde esta plataforma poderá avançar na metrologia.