Relógio nuclear

O Thorium-229m é um elemento nuclear meta-estável (ou isomero), i.e. núcleo que decai com uma meia-vida típica de nanosegundos a microsegundos. Sua estrutura interna foi recentemente estudada em detalhe por cientistas da Alemanha e descobriu-se que um dos estados excitados do Thorium-229 decai por emissão de uma radiação ultravioleta. Tipicamente núcleos atômicos que decaem por emissão de radiação, o fazem emitindo comprimentos de onda na faixa do raio-X a raio-gama resultante da ordem de grandeza das energias de ligação entre prótons e nêutrons.

A descoberta abre novos horizontes. Como a radiação emitida pelo Thorium-229m é de um comprimento muito maior que os raios-X e gama, é possível utilizá-lo para a construção de um relógio nuclear que seria mais preciso que os atuais relógios atômicos. Estes últimos funcionam através de um laser mantido em ressonância com as transições eletrônicas características de um conjunto de átomos ou íons, onde a escala temporal é definida pela frequência do laser. Embora os relógios atômicos sejam os dispositivos mais precisos e estáveis hoje em dia, avanços na precisão são limitados por efeitos de campos eletromagnéticos nas transições eletrônicas do átomo. Como núcleos são 10.000 menores que os átomos, isso o faz menos sensível às perturbações de campo eletromagnéticos vizinhos. Como o Thorium-229m pode emitir radiação em um comprimento de onda na qual lasers atualmente operaram, isso o torna um excelente candidato para o primeiro relógio nuclear.

O trabalho original, publicado na Nature, está disponível em doi:10.1038/s41586-018-0011-8