Físicos da UCLA criaram um método direto para produzir relógios nucleares ultra-precisos usando quantidades mínimas de tório raro, adaptando uma técnica da joalheria. Ao eletrodepositarem tório em aço, a equipe obteve resultados comparáveis a anos de fabricação complexa de cristais, mas com 1.000 vezes menos material. Esse avanço pode permitir cronometragem confiável em ambientes sem GPS, como espaço profundo e submarinos.
No ano passado, uma equipe liderada pela UCLA celebrou o fim de uma busca de meio século ao controlar com sucesso a absorção e liberação de fótons por núcleos radioativos de tório-229, um marco proposto pela primeira vez em 2008. Esse avanço abre caminho para relógios nucleares muito mais precisos que os atômicos, podendo revolucionar navegação, comunicações e testes de constantes fundamentais da física. No entanto, a escassez de tório-229 — limitada a cerca de 40 gramas no mundo todo, de urânio de grau armamentístico — era um grande obstáculo. Experimentos tradicionais dependiam de cristais de fluoreto dopados com tório, que levaram 15 anos para serem desenvolvidos e exigiam pelo menos 1 miligrama de tório por lote. «Os cristais são realmente desafiadores de fabricar. Leva uma eternidade e a menor quantidade de tório que podemos usar é 1 miligrama, o que é muito quando há apenas 40 gramas disponíveis», disse Ricky Elwell, pesquisador pós-doutoral da UCLA e primeiro autor do trabalho anterior. Em um novo estudo publicado na Nature, a equipe internacional de Eric Hudson superou isso ao eletrodepositar uma fina camada de tório em aço inoxidável, uma técnica do século XIX usada para revestir metais como ouro em materiais base. Essa abordagem usa apenas um milésimo do tório e produz um produto durável. «Levou-nos cinco anos para descobrir como cultivar os cristais de fluoreto e agora descobrimos como obter os mesmos resultados com uma das técnicas industriais mais antigas e usando 1.000 vezes menos tório», explicou Hudson. A percepção chave desafiou uma suposição central: núcleos de tório podem ser excitados em materiais opacos, com emissões detectadas como elétrons via corrente elétrica em vez de fótons por transparência. «Todo mundo sempre assumiu que, para excitar e observar a transição nuclear, o tório precisava estar embutido em um material transparente à luz... Neste trabalho, mostramos que isso simplesmente não é verdade», observou Hudson. Tais relógios poderiam aprimorar redes elétricas, redes celulares e satélites GPS, além de fornecer navegação independente de GPS para submarinos — onde relógios atômicos atuais derivam, exigindo superfície — e missões espaciais profundas. «Relógios nucleares de tório também poderiam revolucionar medições de física fundamental... e podem ser úteis para estabelecer uma escala de tempo em todo o sistema solar», disse Eric Burt do Jet Propulsion Laboratory da NASA. Makan Mohageg da Boeing acrescentou que o método poderia reduzir custos para cronometragem compacta e estável em aeroespacial. A pesquisa, financiada pela National Science Foundation, envolveu colaboradores da University of Manchester, University of Nevada Reno, Los Alamos National Laboratory e instituições europeias.
