Los relojes nucleares abren una nueva forma de medir el tiempo

Relojes nucleares y medición extrema del tiempo

Medir el tiempo con una precisión extraordinaria no busca simplemente conseguir que un reloj nunca se atrase. Los instrumentos más avanzados se han convertido en herramientas científicas capaces de poner a prueba algunas de las leyes fundamentales de la física.

Dos equipos de investigadores, uno europeo y otro chino, presentaron nuevos prototipos de relojes nucleares basados en torio-229. Aunque todavía no superan a los mejores relojes atómicos, los trabajos muestran el potencial de utilizar directamente el núcleo para realizar mediciones extremadamente precisas.

Relojes nucleares llevan la medición hasta el núcleo

Los relojes atómicos actuales utilizan transiciones energéticas de los átomos. De hecho, la definición oficial del segundo depende de 9,192,631,770 periodos asociados con una transición del cesio-133.

La nueva tecnología lleva este principio más lejos. En lugar de utilizar principalmente los electrones que rodean al átomo, trabaja con cambios entre estados energéticos del propio núcleo.

Los dos prototipos emplean torio-229. Los núcleos se incorporan dentro de un cristal de fluoruro de calcio y un láser permite detectar la frecuencia correspondiente a la transición entre sus estados energéticos.

El prototipo desarrollado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena alcanzó una precisión de 10⁻¹⁵, equivalente aproximadamente a desviarse un segundo en 30 millones de años.

Más que instrumentos para conocer la hora

Una de las ventajas potenciales de trabajar con el núcleo es su menor sensibilidad a determinadas perturbaciones externas. Los campos eléctricos representan una fuente importante de incertidumbre en otros sistemas, mientras el núcleo está mejor protegido frente a esas influencias.

Sin embargo, alcanzar precisiones cada vez mayores tiene objetivos que van mucho más allá de medir las horas. Las frecuencias de las transiciones atómicas y nucleares están relacionadas con constantes y fuerzas fundamentales de la naturaleza.

Comparar mediciones extremadamente precisas con las predicciones teóricas permitiría buscar desviaciones diminutas. Si aparecieran diferencias sistemáticas, podrían ofrecer pistas sobre interacciones desconocidas e incluso contribuir a investigaciones relacionadas con la materia oscura.

La precisión temporal ya resulta esencial para tecnologías como el geoposicionamiento, las telecomunicaciones, la exploración espacial y determinadas operaciones financieras.

Los nuevos dispositivos representan todavía una prueba de concepto. No obstante, los relojes nucleares incorporan un oscilador aproximadamente mil veces más pequeño que un átomo completo y abren otra escala para estudiar fenómenos que los instrumentos actuales difícilmente pueden detectar.