Un antiguo truco de joyería podría revolucionar la cronometraje nuclear

Un equipo de físicos de la Universidad de California - Los Ángeles (UCLA) logró un avance significativo en la cronometraje nuclear, utilizando un método sorprendentemente simple que podría transformar la forma en que medimos el tiempo. Este descubrimiento se basa en un antiguo truco de joyería que permite construir relojes nucleares con pequeñas cantidades de torio, un material raro.

El equipo, liderado por el físico Eric Hudson, encontró una manera de electrochapar torio sobre acero, logrando resultados similares a los obtenidos en años de trabajo con cristales delicados, pero de manera mucho más eficiente. Esta técnica no solo reduce la cantidad de torio necesaria, sino que también podría hacer que los relojes nucleares sean más accesibles y prácticos para su uso en diversas aplicaciones.

El torio-229, el isótopo específico requerido para estos relojes, se encuentra principalmente en uranio de grado militar, lo que limita su disponibilidad. Se estima que solo hay alrededor de 40 gramos de este material en el mundo, lo que hace que la eficiencia en su uso sea un desafío crítico. Sin embargo, el nuevo enfoque de Hudson y su equipo utiliza 1,000 veces menos torio, lo que abre la puerta a la posibilidad de que estos relojes sean pequeños y asequibles.

Si se logra implementar esta tecnología, los relojes nucleares podrían reemplazar sistemas de temporización en redes eléctricas, torres de telefonía celular y satélites GPS. Además, podrían ser lo suficientemente compactos como para integrarse en teléfonos móviles o relojes de pulsera, permitiendo la navegación en lugares donde las señales de GPS no llegan, como en el espacio profundo o en submarinos.

Hudson y su equipo dedicaron 15 años al desarrollo de cristales de fluoruro dopados con torio, que fueron fundamentales para su éxito inicial. Sin embargo, el proceso de producción de estos cristales resultó ser extremadamente complicado y requería cantidades relativamente grandes de torio. "Hicimos todo el trabajo de fabricación de los cristales porque pensábamos que era necesario que el cristal fuera transparente para que la luz láser llegara a los núcleos de torio", explicó Ricky Elwell, autor principal y investigador postdoctoral en UCLA.

En el nuevo estudio, los investigadores adoptaron un enfoque diferente, utilizando la electroplatinación, una técnica común en la joyería. Este método, que se desarrolló a principios de 1800, utiliza una corriente eléctrica para mover átomos de metal a través de una solución conductora y recubrir una superficie con otro metal. "Nos tomó cinco años descubrir cómo hacer crecer los cristales de fluoruro, y ahora hemos encontrado cómo obtener los mismos resultados con una de las técnicas industriales más antiguas, utilizando 1,000 veces menos torio", comentó Hudson.

El éxito del nuevo sistema se debió a la realización de que una suposición de larga data era incorrecta. Los científicos habían creído que el torio necesitaba estar incrustado en un material transparente para que la luz láser pudiera llegar y excitar el núcleo. Sin embargo, el equipo demostró que era mucho más fácil excitar el núcleo para observar su transición energética de lo que se pensaba anteriormente.

Más allá de mejorar las redes de comunicación y la sincronización de sistemas eléctricos, los relojes nucleares ultra-precisos podrían abordar preocupaciones de seguridad nacional, como la navegación sin GPS. Si un evento disruptivo afectara a suficientes satélites, la navegación basada en GPS fallaría. Los submarinos, que ya dependen de relojes atómicos mientras están sumergidos, podrían beneficiarse enormemente de esta tecnología, ya que los relojes nucleares son mucho menos sensibles a las perturbaciones ambientales.

El avance en la cronometraje nuclear también es crucial para la exploración espacial a larga distancia, donde la precisión en el tiempo es fundamental para la navegación y la comunicación. Eric Burt, quien lidera el proyecto de Reloj Atómico de Alto Rendimiento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, destacó la importancia de este trabajo, afirmando que los relojes nucleares de torio podrían revolucionar las mediciones de física fundamental y ayudar a establecer una escala de tiempo a nivel del sistema solar.

Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation y contó con la colaboración de físicos de varias instituciones, incluyendo la Universidad de Manchester, el Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad Ludwig Maximilians de Múnich.

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