15:05 16 Outubro 2019
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    Armadilha de íons

    Cientistas russos estão desenvolvendo relógio atômico mais preciso do mundo

    © Foto / Universidade de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI
    Ciência e tecnologia
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    Um grupo de cientistas da Universidade russa de Investigação Nuclear, adstrita ao Instituto MIFI (uma das maiores instituições científicas russas), está desenvolvendo um relógio atômico com uma margem de imprecisão de um centésimo de segundo em 13,8 bilhões de anos (mais ou menos o mesmo tempo de existência do nosso Universo).

    Esta precisão é 100 vezes superior aos melhores relógios atômicos hoje existentes.

    O relógio atômico funcionará na base de íons de tório 229 e permitirá melhorar a precisão dos sistemas de navegação como o GPS norte-americano ou o Glonass russo. Este relógio é também muito importante para a ciência fundamental, por exemplo, permitirá comprovar a teoria da relatividade.

    O novo equipamento será fulcral para desenvolver toda a área da gravitometria, nomeadamente criar um gravitômetro para prospecção de diversas matérias-primas: metais de terras raras, petróleo, gás, bem como para detectar submarinos e outros alvos no mar.

    “Acontece que, ao conseguirmos medir o tempo com tal precisão, poderemos até medir alterações locais do campo gravitacional da Terra. Tal permitirá resolver várias questões de prospecção de jazidas. Isto porque o campo gravitacional depende da densidade. Por isso, se, por exemplo, a densidade das rochas aumenta devido à existência no local duma jazida de metal pesado, isso irá refletir-se no campo gravitacional”, diz Pyotr Borisyuk, cientista da Universidade russa de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI.

    Piotr Borisiuk, cientista da Universidade russa de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI
    © Foto / Universidade de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI
    Piotr Borisiuk, cientista da Universidade russa de Investigação Nuclear adstrita ao Instituto MIFI

    O princípio de funcionamento do relógio atômico que está sendo desenvolvido por cientistas russos se baseia na medição do tempo a partir das oscilações que ocorrem regularmente nos íons do núcleo do isótopo radioativo tório-229.

    Nos relógios atómicos atualmente existentes é registrada a transição dos elétrons que giram à volta do átomo de um nível energético para outro, ou seja, a frequência de alteração da sua órbita.

    A vantagem dos relógios atômicos é que o núcleo do átomo, protegido pela “cobertura eletrônica”, ou seja, pelos elétrons que giram à volta do núcleo, é menos sujeito à influência de fatores externos. Isso torna estes relógios muito mais precisos e confiáveis.

    “Para construir um relógio atômico é preciso passar por três etapas: obtenção dos íons, a sua captura, arrefecimento e, finalmente, o registro da sua transição horária. A corporação pública Rosatom financiou duas das etapas do nosso trabalho e garantiu o fornecimento de materiais, nomeadamente o tório-229, que só pode ser obtido em um reator nuclear. Assim, já sabemos obter íons e temos um dispositivo para os capturar e manter. Agora apenas necessitamos de lasers para criar o sistema de arrefecimento, estamos procurando o financiamento necessário”, explica o investigador.

    De acordo com o cientista, para além do grupo de investigação russo, outros pesquisadores da Alemanha e EUA também estão trabalhando na criação de um relógio atômico.

    “Do ponto de vista da infraestrutura de criação do relógio, a Rússia está um pouco atrasada. Mas nós temos bastante informação no que toca à compreensão do problema, formas de resolução e bases da Física que são aqui aplicadas. Um dos físicos teóricos do Instituto de Física Nuclear, Evgueny Tkalia, trabalha conosco. Ele é o autor da própria ideia de utilização do núcleo do tório-229 para a criação do relógio. Para além disso, ele comprovou a possibilidade de criação do laser nesta mesma transição atômica no tório-229, ou seja, na prática, um laser gama de diapasão ótico.

    A realização bem-sucedida do novo padrão metrológico de tempo, em forma de relógio atômico e laser, irá ter uma significativa influência no desenvolvimento tecnológico da Humanidade.

    Esquema da armadilha de íons
    Esquema da armadilha de íons

    Para além disso, nós temos muitas ideias interessantes que pretendemos levar à prática no desenvolvimento destes dispositivos. Assim que tenhamos os necessários instrumentos, iremos resolver a questão em prazos curtos. Os americanos também não estão parados e eles, com certeza, também terão as suas ideias. Mas creio que nós temos algumas vantagens”.

    O artigo dos cientistas da Universidade russa de Investigação Nuclear “Armadilha linear multisecional de íons e novo método de carregamento para espectroscopia ótica de transições de elétrons e nucleares” (Multisectional linear ion trap and novel loading method for optical spectroscopy of electron and nuclear transitions), dedicado a este tema, foi considerado o artigo do mês na revista europeia  European Journal of Mass Spectrometry.

    Tags:
    Física Nuclear, cientistas, Glonass, Rússia
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