Acest ceas ar putea detecta materia întunecată de 100 de milioane de ori mai slabă decât gravitația

Materia întunecată este pretutindeni, dar nimeni nu a reușit s-o observe direct. Ea modelează galaxiile, influențează structura cosmică la scară largă și ține Universul laolaltă – și totuși, rămâne una dintre cele mai mari enigme ale fizicii moderne. Acum, o echipă de cercetători germani propune o abordare radical nouă: utilizarea unui ceas nuclear de o precizie extremă, capabil să detecteze chiar și cele mai subtile efecte ale materiei întunecate asupra materiei obișnuite. Iar cheia acestei inițiative revoluționare este un izotop rar și excentric: toriul-229.

Ceasurile atomice sunt în prezent cele mai precise instrumente de măsurare a timpului. Ele se bazează pe frecvențele de oscilație ale electronilor din jurul nucleului atomic. Totuși, electronii sunt sensibili la variații externe – câmpuri electromagnetice, temperatură, vibrații – ceea ce impune o limită naturală în atingerea unei precizii absolute.

Aici intervine ceasul nuclear. Spre deosebire de cel atomic, acesta nu măsoară tranziții ale electronilor, ci ale nucleului însuși – mult mai stabil și mai puțin afectat de perturbații externe. Toriul-229 este, până în prezent, singurul izotop cunoscut care are o tranziție nucleară cu o energie suficient de mică pentru a putea fi accesată prin metode optice. Acest lucru deschide posibilitatea construirii unui ceas cu o stabilitate fără precedent.

Conform unui studiu publicat în revista Nature, un astfel de ceas ar putea depăși semnificativ precizia celor mai avansate ceasuri atomice actuale. Și, în mod neașteptat, ar putea deveni un instrument de detecție a materiei întunecate. Ideea vine de la echipa profesorului Gilad Perez, de la Institutul de Știință Weizmann, care sugerează că oscilațiile materiei întunecate – dacă există – ar putea altera ușor masa nucleelor atomice, modificând imperceptibil frecvența unui ceas nuclear.

Cu alte cuvinte, în absența materiei întunecate, tranziția din toriu-229 ar trebui să fie absolut constantă. Dar dacă o undă invizibilă de materie întunecată traversează spațiul, ar putea influența, oricât de subtil, proprietățile nucleului. Un ceas suficient de sensibil ar putea surprinde această variație. Iar sensibilitatea estimată este uluitoare: ar putea detecta efecte de 100 de milioane de ori mai slabe decât gravitația.

Construcția unui astfel de ceas nu este însă un demers simplu. Toriul-229 este radioactiv, rar și costisitor. Cantitățile necesare sunt infime, dar manipularea materialului rămâne o provocare tehnologică. Cercetătorii dezvoltă metode inovatoare – precum depunerea în fază de vapori – pentru a reduce volumul de material necesar și a face proiectul mai fezabil.

În paralel, echipele continuă simulările teoretice și perfecționează modelele care descriu interacțiunea ipotetică dintre materia întunecată și nucleele atomice. Scopul este clar: să fie pregătiți în ziua în care ceasul nuclear va fi gata de testare și va putea, în sfârșit, să capteze infimele semne ale unei realități invizibile.

Dacă acest demers va avea succes, nu doar că va redefinește modul în care înțelegem timpul, dar ar putea reprezenta un pas decisiv în demascarea materiei întunecate – acel ingredient misterios al cosmosului care a fost, până acum, de neatins. Un ceas conceput pentru precizie extremă ar putea deveni astfel instrumentul cheie în rezolvarea unuia dintre cele mai adânci mistere ale Universului.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România