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equipe de cientistas liderada por Johannes Tiedau e seus colegas do Instituto Nacional Alemão de Metrologia (PTB) e da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, descobriram a energia exata necessária para energizar a transição do átomo de túrio-229. Isso permitirá agora usar um laser para injetar a energia precisa necessária para energizar o núcleo e então rastrear precisamente seu retorno ao estado original, compondo um oscilador imbatível, o relógio mais rápido que a natureza parece oferecer - ou que os físicos conseguiram imaginar até hoje.

    O feixe de laser atinge os núcleos dos átomos de túrio incorporados em um cristal, mostrando um experimento que pode ser usado para construir um relógio nuclear que medirá o tempo com muito mais precisão do que os melhores relógios atômicos disponíveis atualmente. Além disso, pode ser usado para responder a questões completamente novas na física, como se as constantes da natureza são realmente constantes ou se mudam no espaço e no tempo.

    A manipulação de núcleos atômicos com luz é comum hoje em dia, mas era impossível aplicar essas técnicas aos núcleos atômicos por muito tempo. Os núcleos atômicos também podem alternar entre diferentes estados quânticos, mas geralmente é necessário usar muito mais energia para mudar um núcleo atômico de um estado para outro - pelo menos mil vezes a energia dos elétrons em um átomo ou molécula.

    No entanto, os físicos descobriram um núcleo atômico especial, o túrio-229, que, diferentemente de todos os outros núcleos atômicos, tem estados de energia muito próximos um do outro, o que o torna o candidato ideal - na verdade o único conhecido até hoje - para ser manipulado com um laser. Em 2016, outra equipe alemã conseguiu demonstrar a transição do núcleo de túrio-229 e, no ano passado, a mesma equipe da demonstração atual entrou na construção de um relógio nuclear controlando essa transição, mas não usando lasers, e sim o decaimento radioativo.

    "O problema é que é necessário conhecer a energia da transição com extremada precisão para poder induzir a transição com um feixe de laser", justificou Schumm. "Conhecer a energia dessa transição com precisão de um elétron-volt é de pouca utilidade se você tiver que atingir a energia certa com uma precisão de um milionésimo de um elétron-volt para detectar a transição."

    Agora eles finalmente acertaram na mosca: A energia correta da transição do túrio foi atingida com exatidão, com o raio laser efetivamente fazendo o núcleo mudar de estado. Os núcleos de túrio emitiram um sinal claro e inequívoco dessa transição pela primeira vez.

    Este feito marca o início de uma nova era de pesquisas: Agora que se sabe como excitar o estado do túrio-229, esta tecnologia pode ser usada para medições de precisão, incluindo a construção do esperado relógio nuclear.

    Mas não é apenas o tempo que pode ser medido desta forma com muito mais precisão. Por exemplo, o campo gravitacional da Terra pode ser analisado com precisão suficiente para fornecer indicações de recursos minerais no subsolo ou a ocorrência de terremotos. O método de medição também pode ser usado para explorar os mistérios fundamentais da física: As constantes da natureza são realmente constantes? Será que pequenas mudanças podem ser medidas ao longo do tempo?

    "Nosso método de medição é apenas o começo", disse Schumm. "Ainda não podemos prever quais resultados alcançaremos com isso. Certamente será muito emocionante."

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