La ultraprecisión del tiempo con la nueva generación de relojes basados en el núcleo atómico

Redacción

Un equipo de científicos ha alcanzado un avance significativo hacia la creación de un tipo completamente nuevo de reloj basado en diminutos cambios de energía en el núcleo atómico. Este cronómetro nuclear podría superar en precisión a los mejores cronómetros actuales del mundo, conocidos como relojes ópticos, y ser menos sensibles a perturbaciones externas.

Además de su precisión, un reloj nuclear permitiría a los físicos estudiar las fuerzas fundamentales de la naturaleza de nuevas maneras. La noticia ha sido recogida y revisada en ‘Nature’.

El avance, largamente buscado, involucró el uso de un láser ultravioleta para inducir a un núcleo del metal radioactivo torio-229 a cambiar entre estados energéticos. La frecuencia de la luz absorbida y emitida por el núcleo funciona como el tic-tac del reloj.

La precisión de los relojes ópticos es tal que oscilan solo 1 segundo cada aproximadamente 30 mil millones de años. Sus tics están gobernados por la frecuencia de la luz visible necesaria para cambiar un electrón orbitando un átomo, como el estroncio, entre estados energéticos.

La ultraprecisión de un reloj nuclear

Pero un reloj nuclear podría mejorar aún más esta precisión. Utilizaría la transición más energética al aumentar los protones y neutrones del núcleo a un estado de energía superior. Esto utilizaría radiación ligeramente más alta en frecuencia, lo que permitiría dividir el tiempo aún más finamente para crear un reloj más preciso. Más importante aún, tal reloj sería mucho más estable que un reloj óptico, porque las partículas en el núcleo son menos sensibles que los electrones a campos externos o la temperatura.

Sin embargo, encontrar un material con un núcleo adecuado ha sido difícil. Las transiciones energéticas en la mayoría de los núcleos tienden a ser enormes Estos avances podrían significar una revolución para la física a un nivel más profundo. Un reloj nuclear sería aproximadamente 10 000 veces más sensible a los cambios en constantes fundamentales, como la fuerza de las fuerzas electromagnéticas y nucleares fuertes, en comparación con un reloj óptico. Esto significa que los investigadores podrían detectar formas propuestas de materia oscura, una sustancia invisible que los físicos creen que constituye el 85% del material en el Universo y que se predice que provoca cambios mínimos en la intensidad de estas fuerzas.

Podría ser que exista materia oscura 'ligera' que se mueva y que podría hacer que estas constantes fundamentales fluctúen. Los relojes nucleares podrían detectar esa oscilación porque la energía de su transición está regida por estas fuerzas, y cualquier cambio en su intensidad alteraría el tic-tac del reloj de manera medible. Además, podrían detectar si algunas masas de partículas cambian con el tiempo.