Científicos de Viena y Pekín crean los primeros relojes nucleares del mundo

Equipos científicos que trabajaban por separado en Viena y Pekín desarrollaron los dos primeros relojes nucleares funcionales del mundo, en lo que califican como un importante avance en la medición del tiempo que promete aplicaciones prácticas de gran alcance y ofrece una nueva herramienta para investigar la física fundamental.

Estos dos dispositivos representan la próxima generación de relojes atómicos, los aparatos de medición del tiempo ultraprecisos creados por primera vez en 1949.

Los dos equipos de investigación, que describieron sus logros en artículos científicos publicados en la revista Nature, dijeron que los relojes nucleares tienen el potencial de superar a los mejores relojes atómicos convencionales, aunque todavía no lo hacen.

Se denominan relojes nucleares no porque funcionen mediante fusión o fisión nuclear, como podría suponer alguien que desconoce la tecnología, sino porque el tiempo se calcula observando cómo la luz —un láser de alta potencia— interactúa con el núcleo de un átomo. Ambos relojes nucleares se basan en una forma, o isótopo, del elemento torio, denominado torio-229, atrapado en cristales de fluoruro de calcio en estado sólido.

"Los dos equipos trabajaron de forma independiente y lograron poner en funcionamiento relojes nucleares de torio-229 al mismo tiempo, utilizando enfoques experimentales diferentes. Creo que esto es muy alentador porque demuestra que el concepto es sólido y no depende de una implementación técnica concreta", dijo el físico Shiqian Ding, de la Universidad de Tsinghua en China, que ayudó a dirigir el equipo responsable del reloj de Pekín.

"La creación de un reloj nuclear era algo con lo que los físicos llevaban soñando casi 50 años. En mi equipo, llevamos trabajando en este objetivo desde 2008", afirmó el físico Thorsten Schumm, de la Universidad Técnica de Viena, en Austria, que ayudó a dirigir el equipo responsable del reloj de Viena.

Schumm señaló que prevé aplicaciones para los relojes nucleares en ámbitos como la navegación por satélite, la sincronización de la transferencia de datos, la topografía y la metrología, que es el estudio de la medición y sus aplicaciones prácticas.

Los relojes atómicos convencionales miden el tiempo utilizando láseres o microondas para hacer que partículas subatómicas llamadas electrones salten de un nivel de energía a otro dentro de la capa electrónica de un átomo, utilizando elementos como el cesio o el estroncio.

Los nuevos relojes nucleares miden el tiempo utilizando láseres para hacer que partículas subatómicas llamadas protones y neutrones salten de un nivel de energía a otro dentro del núcleo de un átomo, en este caso el torio-229.

La idea es que el seguimiento de estas transiciones dentro del núcleo atómico podría alcanzar niveles de precisión aún mayores que el seguimiento de las transiciones en los electrones, ya que un núcleo atómico es mucho más pequeño que la capa que lo rodea, donde residen los electrones.

Perfeccionamiento de la tecnología

Schumm dijo que el reloj nuclear aún está "lejos de su rendimiento objetivo", y que los investigadores buscan perfeccionar la tecnología.

"Lo realmente interesante aquí es que el reloj de Viena cuenta con cristales de torio ligeramente mejores —mayor concentración, mejores propiedades ópticas—, mientras que el equipo de Pekín dispone de un láser más potente. Así que, con solo combinar estos componentes, ya podemos construir un reloj significativamente mejor", afirmó Schumm.

Los mejores relojes atómicos convencionales pueden funcionar durante miles de millones de años con una desviación de tan solo un segundo. Esta ultraprecisión ha sido vital para aplicaciones como los sistemas globales de navegación por satélite y las comunicaciones por Internet, telefonía móvil y fibra óptica.

Los investigadores creen que los relojes nucleares, una vez perfeccionados, podrían desempeñar esta función aún mejor y fabricarse de forma que sean menos voluminosos y delicados.

Los relojes nucleares son prometedores para investigar la física fundamental. El equipo de Viena demostró que su reloj podía llevar a cabo un experimento físico de precisión, al intentar detectar la materia oscura, un componente crucial del cosmos que hasta la fecha ha eludido la observación. De hecho, el experimento no detectó materia oscura, pero el reloj nuclear funcionó al nivel de los mejores relojes atómicos.

"Esto nos abre las puertas a un universo físico completamente nuevo", afirmó Schumm.