Dos equipos independientes liderados por investigadores austriacos y chinos presentan este miércoles en sendos artículos en la revista Nature prototipos de relojes nucleares funcionales basados en isótopos de torio-229.
Estos instrumentos miden el tiempo observando cómo interactúa la luz con un núcleo atómico y podrían llegar a superar en rendimiento a los relojes atómicos, si bien aún están en fase experimental. Una medición del tiempo tan precisa facilitaría investigaciones para explorar la física fundamental.
Desde hace más de 70 años, los relojes atómicos se utilizan para medir el tiempo con precisión. Estos lo hacen mediante el registro de las transiciones de los electrones a medida que oscilan entre dos estados energéticos.
En 2003 se propuso que centrarse en los núcleos atómicos lograría alcanzar niveles de precisión aún mayores, dado que estos son mucho más pequeños que los átomos.
De hecho, durante décadas se sospechó que los núcleos atómicos de torio poseían una propiedad muy especial que los convertía en una herramienta ideal para estas mediciones extremadamente precisas: tienen dos estados energéticos diferentes cuyas energías están muy próximas entre sí.
Dado que la diferencia de energía entre estos dos estados es tan excepcionalmente pequeña, es posible utilizar un láser para 'cambiar' deliberadamente el núcleo atómico de un estado a otro, a modo de péndulo.
En abril de 2024, el equipo dirigido por el profesor Thorsten Schumm, de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien), junto con el equipo dirigido por Ekkehard Peik, del PTB de Braunschweig (Alemania), logró por primera vez detectar esta transición nuclear que se sospechaba desde hacía tiempo: lograron demostrar que los núcleos de torio pueden excitarse con rayos láser.
En otoño de ese mismo año, probó que esto podía efectivamente utilizarse para construir un reloj de alta precisión. El dispositivo de excitación de núcleos de torio se acopló a un reloj atómico óptico convencional y los núcleos de torio se utilizaron como marcadores de tiempo -los resultados también se publicaron en Nature-.
Sin embargo, en sentido estricto, recuerda la TU Wien, este aún no era el tipo de reloj nuclear que puede usarse para batir récords de precisión. Lo que realmente se busca es un reloj nuclear autoestabilizante, y esta es una de las cosas en las que se avanza ahora.
En una nota, la universidad vienesa afirma que el reloj desarrollado en este centro es capaz de estabilizarse por sí mismo, tal y como es habitual en los relojes atómicos. Se ha demostrado que este sistema se mantiene estable durante más de 24 horas sin necesidad de intervención.
Esta tecnología tiene el potencial de superar significativamente la precisión de los relojes atómicos, aseguran desde la universidad.
La precisión del nuevo reloj nuclear se analizó a lo largo de un día y es de aproximadamente 10 a la potencia de menos 15, lo que corresponde a un error de aproximadamente un segundo en 30 millones de años, detalla Schumm.
"Aún no se encuentra al nivel de los mejores relojes atómicos ópticos del mundo, pero para ser un primer prototipo es un resultado fantástico", asegura el investigador.
Si bien hay que seguir implementando estos aparatos con mejoras como láseres más potentes, en conjunto, los hallazgos de los equipos de Schumm y de Shiqian Ding (Universidad Tsinghua, Pekín) ponen de manifiesto el potencial futuro del reloj nuclear tanto para la medición precisa del tiempo como para servir de herramienta en la exploración de la física fundamental, concluye la revista Nature.