Los relojes nucleares marcan un paso adelante en cuanto a la precisión en la medición del tiempo con respecto a los relojes atómicos, que alcanzan actualmente la mayor exactitud. El desarrollo de relojes nucleares avanzados, como sugiere un nuevo estudio, permitiría alcanzar una definición mucho más precisa del segundo, derivando en la posibilidad de estudiar fenómenos científicos hasta hoy inaccesibles o propiciar sistemas de posicionamiento geográfico como el GPS mucho más exactos y confiables.
Un equipo internacional de investigación liderado por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder, ambos en Estados Unidos, ha demostrado el logro de avances fundamentales para la puesta en marcha de un reloj nuclear, una tecnología superadora de los relojes atómicos que podría acercarnos a una medición casi perfecta del tiempo, según indican en un estudio publicado en la revista Nature.
Midiendo el tiempo en el núcleo de un átomo
En líneas generales, un reloj nuclear es un nuevo tipo de dispositivo de cronometraje que utiliza señales del núcleo de un átomo. En concreto, los especialistas emplearon un láser ultravioleta especialmente diseñado para medir con precisión la frecuencia de un salto de energía en el núcleo de un átomo de torio, incrustado en un cristal sólido.
Al mismo tiempo, utilizaron un peine de frecuencia óptica, que actúa como una regla de luz extremadamente precisa, para contar el número de ciclos de ondas ultravioletas que crean este salto de energía. Aunque este avance es una demostración de laboratorio y no un reloj nuclear completamente desarrollado, contiene toda la tecnología necesaria para crear un dispositivo real de este tipo.
Mayor precisión
Según indica en un artículo publicado en The Conversation el científico Vittorio Aita, del King’s College Londres, en el Reino Unido, quien no participó de la investigación, el átomo de torio utilizado en el estudio ofrece una transición nuclear que puede ser excitada por la luz ultravioleta. El equipo superó el desafío tecnológico de construir un peine de frecuencia que funcione en el rango relativamente alto de la luz ultravioleta: ese incremento en el nivel de frecuencia es crucial para aumentar la precisión del dispositivo y ganar en exactitud con respecto a los relojes atómicos.
Se trata de un gran paso adelante para el desarrollo de esta nueva tecnología de medición del tiempo, porque las transiciones nucleares generalmente solo se hacen visibles a frecuencias mucho más altas, como en el caso de la radiación gamma, que aún no es posible medir con precisión. En consecuencia, el éxito al trabajar con la frecuencia de la luz ultravioleta brinda una gran esperanza para los impulsores de una nueva generación de relojes nucleares.
Avances en tecnologías de comunicación y en la comprensión del cosmos
De acuerdo a una nota de prensa, los relojes nucleares podrían ser mucho más precisos que los relojes atómicos actuales, que proporcionan el tiempo internacional oficial y cumplen un papel importante en tecnologías como el GPS, la sincronización de Internet y las transacciones financieras.
Los relojes nucleares permitirían desarrollar sistemas de posicionamiento geográfico aún más precisos, velocidades mayores en Internet, conexiones de red más confiables y comunicaciones digitales más seguras, entre otros avances. Al mismo tiempo, el logro de una mejor definición del segundo permitiría notables progresos en distintas áreas de la ciencia.
Por ejemplo, los relojes nucleares podrían mejorar las pruebas de las teorías fundamentales sobre cómo funciona el Universo, conduciendo a nuevos descubrimientos en astrofísica y cosmología. También podrían ayudar a detectar la materia oscura o a verificar las constantes de la naturaleza, desembocando en grandes progresos en física de partículas sin la necesidad de emplear complejas instalaciones con aceleradores a gran escala.
Referencia
Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock. Chuankun Zhang et al. Nature (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07839-6
