Los mejores relojes con los que contamos son los atómicos, que funcionan gracias a la vibración cuántica de sus átomos y electrones. Pero los físicos hace tiempo sueñan con relojes mejores que funcionen con los núcleos atómicos, menos sensibles a las perturbaciones ambientales. Y según este nuevo trabajo, es posible que pronto ese sueño se concrete.
La semana pasada dos equipos independientes de Europa y de China informaron sobre los primeros resultados de experimentos utilizando un reloj con núcleos atómicos basado en cristales de fluoruro de calcio con contenido de torio-229. Ambos trabajos, que todavía deben revisar los expertos, están disponibles en arXiv. En el experimento europeo los investigadores compararon el funcionamiento con los relojes atómicos usados en la búsqueda de la materia oscura. El equipo chino, además, demostró la operación del reloj para comparar su rendimiento con el de los relojes atómicos.
“Estos resultados establecen una plataforma sólida para los relojes nucleares compactos, los sensores cuánticos nucleares, y las pruebas de precisión de la física fundamental”, escribió el equipo europeo en su trabajo.
Medición del tiempo de avanzada
Según una columna de los físicos Eric Hudson y Andrei Derevianko, los relojes ultraprecisos son “más que curiosidades científicas” porque resultan esenciales para la navegación, las comunicaciones y la hora internacional. Hudson y Derevianko, de la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad de Nevada, Reno, respectivamente, efectuaron contribuciones a la investigación de diciembre último que demostraron el potencial del torio-229 en los relojes de núcleo atómico.
En los relojes atómicos se sacude y excita a los electrones de un átomo para empujarlos de un nivel de energía a otro. Esa absorción “se da con una frecuencia de exquisita precisión”, explicaron, añadiendo que son patrones “establecidos por las leyes de la física” y que brindan al mundo un estándar bastante consistente para medir el tiempo.
Pero un núcleo es 10.000 veces más pequeño que un átomo y menos sensible a perturbaciones de la temperatura, los campos eléctricos y otros factores ambientales, según explicaron. Por eso es que hace tiempo los físicos se interesan en los relojes de núcleos atómicos.
Un concepto que se hace visible
El desafío estaba en hallar un átomo que los científicos pudieran manipular efectivamente. Por ejemplo, que respondiera al láser que usan los científicos para que se produzca el “tic-tac”, por así decirlo, con el fin de medir el tiempo. En ese sentido el torio-229 fue “un caso excepcionalmente inusual” con dos estados diferentes que los científicos pueden inducir mediante el uso de láseres para excitar al núcleo de un estado a otro, explicaron Hudson y Derevianko.
Estos últimos trabajos se apoyan en lo que ellos investigaron antes, además de en muchos otros trabajos de las últimas décadas. Las demostraciones recientes implementan un bucle de retroalimentación que estabiliza la operación del reloj, y eso representa mejoras con respecto al trabajo del equipo europeo, efectuado en 2024 y 2025.
“Este fue el paso final que faltaba antes de poder llamarlo reloj”, le dijo a Science News Lars von der Wense, físico de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania. Con los próximos avances en la tecnología del láser y el cristal, los relojes nucleares también avanzarían rápidamente, añadió von der Wense, que no participó de estos trabajos.
En las fronteras de la física
Aparte de los beneficios prácticos de los relojes nucleares, los investigadores creen que podrían poner a prueba las limitaciones fundamentales de la naturaleza y la nueva física, según Hudson y Derevianko. De hecho, es lo que se propuso hacer de inmediato el equipo europeo con esta última iteración suya del reloj nuclear. La última mitad de su trabajo describe cómo funcionó el reloj al evaluar las limitaciones de la materia oscura ultraliviana, forma hipotética de la materia que podría explicar una cantidad de misterios cósmicos.
Hablando con Science News, Thorsten Schumm, físico de TU Wien de Austria y miembro del equipo europeo, dijo que el reloj nuclear ya superó a todos los relojes atómicos en ciertos tipos de mediciones. Dicho esto, añadió que la tecnología todavía está en sus etapas iniciales. Pero al parecer, los relojes nucleares ya dieron su primer paso, y seguirán avanzando.
