Físicos estão explorando as propriedades únicas do tório-229 para criar um relógio nuclear tão preciso que poderia detectar os menores sinais da matéria escura, uma substância misteriosa que compõe cerca de 80% da massa do universo. Avanços recentes nas medições podem permitir que cientistas detectem pequenas mudanças no espectro de ressonância do elemento, potencialmente revelando a natureza desta substância elusiva.

Por que um relógio nuclear é crucial para a matéria escura?

Por quase um século, a matéria escura tem sido um dos maiores enigmas da física. Embora não interaja com a luz, sua influência gravitacional é observada em diversos fenômenos cósmicos. No entanto, suas propriedades fundamentais permanecem desconhecidas. Acredita-se que a matéria escura possa influenciar a matéria visível de maneiras tão sutis que não podem ser medidas diretamente com a tecnologia atual.

Um relógio nuclear, que usa o núcleo atômico para medir o tempo com extrema precisão, poderia ser o detector definitivo para essas interações mínimas. Diferentemente dos relógios atômicos convencionais, que dependem das oscilações dos elétrons, um relógio nuclear seria muito menos sensível a interferências elétricas do ambiente.

O que torna o tório-229 especial?

O tório-229 é um elemento radioativo com uma frequência de ressonância excepcionalmente baixa, o que o torna ideal para manipulação por tecnologia laser padrão usando radiação ultravioleta relativamente fraca. Isso permite que os cientistas o usem para criar um relógio nuclear onde o tempo é medido pelo “balançar” do núcleo entre estados quânticos, como um pêndulo em um relógio tradicional.

Pesquisadores do Weizmann Institute of Science, em colaboração com equipes alemãs do National Metrology Institute of Germany (PTB), publicaram um estudo na Physical Review X propondo um novo método para detectar a influência da matéria escura nas propriedades do núcleo de tório-229.

Precisão sem precedentes na busca por matéria escura

Um relógio nuclear baseado em tório-229 seria capaz de detectar forças 10 trilhões de vezes mais fracas que a gravidade, proporcionando uma resolução 100.000 vezes melhor do que as buscas atuais por matéria escura. Segundo o professor Gilad Perez, do Weizmann Institute, “quando se trata de matéria escura, um relógio nuclear baseado em tório-229 seria o detector definitivo”.

As simulações teóricas indicam que, se a matéria escura interagir com as constantes fundamentais da natureza, ela poderia causar pequenas e detectáveis mudanças no “tique-taque” do relógio. Os cálculos mostram que não é suficiente buscar apenas mudanças na frequência de ressonância – é necessário identificar alterações em todo o espectro de absorção para detectar o efeito da matéria escura.

Para uma compreensão visual mais aprofundada sobre como um relógio nuclear pode desvendar os segredos da matéria escura, assista ao vídeo oficial:

O futuro da física e da tecnologia

Embora o desenvolvimento de um relógio nuclear totalmente funcional ainda leve anos, os avanços contínuos na medição da frequência de ressonância do tório-229 abrem caminho para descobertas revolucionárias. Além de sua aplicação na busca por matéria escura, essa tecnologia tem o potencial de transformar diversas áreas, incluindo navegação terrestre e espacial, comunicações, gerenciamento de redes de energia e pesquisa científica.

A pesquisa, apoiada por uma bolsa do European Research Council (ERC), continua a explorar as implicações dessa tecnologia para o futuro da física. Uma vez que uma detecção seja feita, os cientistas poderão usar sua intensidade e a frequência em que aparece para calcular a massa da partícula de matéria escura responsável, potencialmente determinando quais modelos de matéria escura são precisos e do que ela é realmente feita.