Apesar do avanço, uma limitação séria permaneceu. O isótopo específico necessário para relógios nucleares, o tório-229, é encontrado apenas em urânio de grau bélico. Como resultado, os cientistas estimam que existem apenas cerca de 40 gramas deste material em todo o mundo para pesquisa de relógios, tornando a eficiência um desafio crítico.

Uma abordagem mais simples usa muito menos tório

Uma colaboração internacional liderada pelo físico da UCLA, Eric Hudson, encontrou uma forma de contornar esse gargalo. A equipe descobriu como reproduzir seus resultados anteriores usando apenas uma fração minúscula do tório anteriormente necessário. O novo método, reportado na Nature, é simples e custo-efetivo, aumentando a possibilidade de que relógios nucleares um dia se tornem pequenos e acessíveis o suficiente para uso generalizado.

Se isso acontecer, esses relógios poderiam sair dos laboratórios e substituir os sistemas de temporização em redes elétricas, torres de celulares e satélites de GPS. Eles podem até encolher o suficiente para caber em telefones ou relógios de pulso. A tecnologia também poderia permitir a navegação em lugares onde os sinais de GPS não alcançam, incluindo o espaço profundo e ambientes subaquáticos, como submarinos.

Quinze anos de trabalho substituídos por uma técnica simples

A equipe de Hudson gastou 15 anos desenvolvendo cristais de fluorita dopados com tório que possibilitaram seu sucesso original. Nas experimentações, átomos de tório-229 eram ligados ao flúor em uma estrutura cuidadosamente projetada. Os cristais resultantes estabilizavam o tório enquanto permaneciam transparentes à luz laser necessária para excitar o núcleo atômico. No entanto, o processo provou ser extremamente difícil, e a produção dos cristais exigiu quantidades relativamente grandes de tório.

“Fizemos todo o trabalho de fabricação dos cristais porque achávamos que o cristal tinha que ser transparente para a luz laser alcançar os núcleos de tório. Os cristais são realmente desafiadores de fabricar. Leva muito tempo e a menor quantidade de tório que podemos usar é 1 miligrama, que é muito quando há apenas 40 gramas disponíveis,” disse o primeiro autor e pesquisador pós-doutoral da UCLA, Ricky Elwell, que recebeu o Prêmio Deborah Jin de 2025 por Pesquisa de Tese Doutoral em Física Atômica, Molecular ou Óptica pelo avanço do ano passado.

Tomando emprestado um método da joalheria

No novo estudo, os pesquisadores adotaram uma abordagem bem diferente. Eles depositaram uma camada extremamente fina de tório sobre aço inoxidável usando eletrodeposição, uma técnica comumente usada em joalharia. A eletrodeposição, desenvolvida no início dos anos 1800, baseia-se em uma corrente elétrica para mover átomos de metal através de uma solução condutora e revestir uma superfície com outro metal. Por exemplo, ouro ou prata é frequentemente eletrodepositado em metais menos valiosos.

“Levamos cinco anos para descobrir como cultivar os cristais de fluorita e agora descobrimos como obter os mesmos resultados com uma das técnicas industriais mais antigas e usando 1.000 vezes menos tório. Além disso, o produto final é essencialmente um pequeno pedaço de aço e muito mais resistente do que os cristais frágeis,” disse Hudson.

Repensando como funciona a excitação nuclear

O sucesso do novo sistema veio da realização de que uma suposição antiga estava incorreta. Os cientistas acreditavam que o tório precisava estar embutido em um material transparente para que a luz laser pudesse alcançar e excitar o núcleo. A equipe descobriu que excitar o núcleo o suficiente para observar sua transição energética era muito mais fácil do que se pensava anteriormente.

“Todo mundo sempre assumiu que para excitar e, em seguida, observar a transição nuclear, o tório precisava estar embutido em um material que fosse transparente à luz usada para excitar o núcleo. Neste trabalho, mostramos que isso simplesmente não é verdade,” disse Hudson. “Ainda podemos forçar luz suficiente para dentro desses materiais opacos para excitar núcleos perto da superfície e, em vez de emitir fótons como fazem em materiais transparentes, eles emitem elétrons, que podem ser detectados simplesmente monitorando uma corrente elétrica — que é uma das coisas mais fáceis que você pode fazer no laboratório!”

Por que os relógios nucleares importam além do laboratório

Além de melhorar redes de comunicação, sistemas radar e sincronização de redes elétricas, relógios ultra-precisos poderiam resolver uma grande preocupação de segurança nacional: navegação sem GPS. Se um agente malicioso — ou até uma tempestade eletromagnética — interrompesse satélites suficientes, a navegação baseada em GPS falharia. Submarinos já dependem de relógios atômicos enquanto estão submersos, mas os relógios existentes se desviam com o tempo, forçando as embarcações a emergir após semanas para confirmar sua posição.

Relógios nucleares são muito menos sensíveis a distúrbios ambientais, tornando-os especialmente valiosos em situações onde a precisão deve ser mantida por longos períodos sem sinais externos.

“A abordagem da equipe da UCLA poderia ajudar a reduzir o custo e a complexidade de futuros relógios nucleares baseados em tório,” disse Makan Mohageg, líder de relógio óptico na Boeing Technology Innovation. “Inovações como essas podem contribuir para a marcação do tempo compacto e de alta estabilidade, relevante para várias aplicações aeroespaciais.”

Uma base para futuras explorações espaciais

Relógios mais precisos também são essenciais para viagens espaciais de longa distância, onde a temporização precisa é fundamental para a navegação e comunicação.

“O grupo da UCLA liderado por Eric Hudson fez um trabalho incrível em descobrir uma maneira viável de investigar a transição nuclear no tório — um trabalho que se estendeu por mais de uma década. Este trabalho abre caminho para um relógio de tório viável,” disse Eric Burt, que lidera o projeto de Relógio Atômico de Alto Desempenho no JPL da NASA e não esteve envolvido na pesquisa. “Na minha opinião, os relógios nucleares de tório podem também revolucionar medições de física fundamental que podem ser realizadas com relógios, como testes da teoria da relatividade de Einstein. Devido à sua baixa sensibilidade inerente a perturbações ambientais, futuros relógios de tório podem também ser úteis na configuração de uma escala de tempo em todo o sistema solar, essencial para estabelecer uma presença humana permanente em outros planetas.”

Colaboração e financiamento da pesquisa

A pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências e contou com a participação de físicos da Universidade de Manchester, Universidade de Nevada Reno, Laboratório Nacional de Los Alamos, Ziegler Analytics, Johannes Gutenberg-Universität em Mainz e Ludwig-Maximilians-Universität München.