Científicos desarrollan un reloj nuclear que podría hacer obsoletos a los relojes atómicos

Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena logró un hito significativo en la cronometraje al desarrollar el primer reloj nuclear autoestabilizante del mundo. Este avance promete revolucionar la forma en que medimos el tiempo, superando la precisión de los relojes atómicos más avanzados.

El nuevo reloj nuclear se diferencia de los prototipos anteriores, ya que puede mantener su estabilidad sin depender de un reloj atómico convencional. Los científicos demostraron que este dispositivo puede operar de manera continua durante más de 24 horas sin intervención externa.

Este logro representa un avance notable en la metrología, el campo dedicado a la medición precisa. Al utilizar núcleos atómicos como referencias excepcionalmente estables, los relojes nucleares podrían permitir a los científicos medir el tiempo y otras cantidades físicas con niveles de precisión inalcanzables para las tecnologías existentes.

La clave: el torio

El éxito del reloj nuclear se basa en una propiedad inusual de los núcleos atómicos de torio, que los científicos han investigado durante décadas. A diferencia de otros núcleos atómicos, los núcleos de torio pueden existir en diferentes estados de energía, y la transición entre estos estados requiere relativamente poca energía, lo que permite su manipulación mediante luz láser.

En abril de 2024, un equipo liderado por el profesor Thorsten Schumm identificó experimentalmente la transición nuclear que se había buscado durante mucho tiempo. Este avance permitió demostrar que los núcleos de torio podían ser excitados por láseres, estableciendo así la base para un reloj nuclear.

A lo largo del otoño de 2024, los investigadores conectaron su aparato de excitación de torio a un reloj atómico óptico convencional, demostrando que los núcleos podían servir como un referente de cronometraje altamente preciso.

Sin embargo, para que el reloj nuclear fuera verdaderamente innovador, necesitaba la capacidad de mantener su propia precisión de manera independiente. "Lo que realmente se quiere es un reloj nuclear autoestabilizante", explicó el profesor Schumm. "La idea básica es simple: tienes un láser y torio. El láser cambia el estado energético de los núcleos de torio, y estos núcleos se utilizan para estabilizar la frecuencia del láser".

Para lograr esto, los investigadores desarrollaron un sistema que incluye un cristal especial con átomos de torio. Un láser ilumina este cristal, interactuando con los núcleos de torio en su interior. La luz del láser oscila a una frecuencia particular, proporcionando un ritmo regular que puede ser utilizado para medir el tiempo.

La novedad del reloj nuclear radica en su capacidad para autoajustarse. Si la frecuencia del láser se desplaza debido a cambios en el entorno, el sistema detecta esta variación y ajusta automáticamente la frecuencia del láser para mantener la precisión del reloj. Por primera vez, los científicos han demostrado un reloj nuclear que puede funcionar de manera autónoma.

Un reloj con un margen de error impresionante

El reloj nuclear alcanzó una precisión relativa de aproximadamente 10 a la potencia de -15, lo que equivale a un error de aproximadamente un segundo cada 30 millones de años. Aunque esto describe la precisión medida del reloj, no implica que haya sido probado durante millones de años, sino que ilustra la notable precisión lograda con este prototipo inicial.

Aún no se ha alcanzado el nivel de los mejores relojes atómicos ópticos, que siguen siendo el estándar en cronometraje de alta precisión. Sin embargo, el profesor Schumm considera que, para un primer prototipo, el resultado es fantástico.

El futuro de la cronometraje

Los investigadores creen que su reloj nuclear tiene un gran potencial de mejora. Al utilizar láseres más potentes y desarrollar cristales de torio de mayor calidad, esperan aumentar significativamente su precisión. Estas mejoras podrían permitir a los relojes nucleares superar a los relojes atómicos existentes y establecer un nuevo estándar en la medición del tiempo.

Las implicaciones de este avance trascienden la simple creación de un mejor reloj. Una cronometraje más precisa también puede mejorar la medición de otras cantidades físicas, proporcionando a los investigadores herramientas cada vez más sensibles para investigar las propiedades fundamentales de la naturaleza. Con el primer reloj nuclear autoestabilizante funcionando de manera independiente, los científicos han dado un paso importante hacia un futuro donde el tiempo se puede medir con una precisión sin precedentes.