La medición del tiempo podría entrar en una nueva era con el desarrollo del primer prototipo mundial de esta nueva tecnología de cronometraje, instalado en la Universidad Tecnológica de Viena, en Austria. Los resultados del avance fueron publicados en la revista Nature.
Durante décadas, investigadores de todo el mundo han trabajado para hacer realidad esta tecnología, pero es ahora cuando se están produciendo avances importantes y en rápida sucesión. En este contexto, Viena alberga el primer reloj nuclear del mundo capaz de autoestabilizarse, una característica habitual en los relojes atómicos.
Las pruebas han demostrado que el sistema puede mantenerse estable durante más de 24 horas sin necesidad de intervención. Además, esta tecnología podría superar significativamente la precisión de los relojes atómicos actuales y representa un paso importante hacia una nueva generación de sistemas de metrología de alto rendimiento.
Durante años, los científicos han estudiado una propiedad particular de los núcleos atómicos de torio que podría convertirlos en una herramienta especialmente útil para realizar mediciones de alta precisión: cuentan con dos estados de energía diferentes cuyos niveles son extraordinariamente similares.
La diferencia energética entre ambos estados es tan pequeña que puede utilizarse un láser para provocar de manera controlada la transición del núcleo de un estado al otro. En la mayoría de los demás núcleos atómicos, estas diferencias de energía son mucho mayores, por lo que no pueden ser excitados mediante luz láser.
En abril de 2024, los equipos liderados por los profesores Thorsten Schumm, del Instituto de Física Atómica y Subatómica de la Universidad Tecnológica de Viena, y Ekkehard Peik, del Instituto Nacional de Metrología de Alemania (PTB), lograron confirmar experimentalmente una transición nuclear que durante años había sido objeto de investigación. Los científicos demostraron que los núcleos de torio pueden ser excitados mediante haces de luz láser.
Meses después, en otoño de ese mismo año, el equipo dio un paso adicional al demostrar que este fenómeno podía aprovecharse para desarrollar un reloj de alta precisión. Para ello, el sistema que permitía excitar los núcleos de torio fue conectado a un reloj atómico óptico convencional, utilizando los núcleos como referencia para medir el tiempo.
Sin embargo, este desarrollo todavía no correspondía al tipo de reloj nuclear necesario para alcanzar nuevos récords de precisión. El objetivo era conseguir un sistema capaz de estabilizarse por sí mismo: “La idea básica es sencilla: se tiene un láser y torio. El láser modifica el estado energético de los núcleos de torio, y estos núcleos se utilizan para estabilizar la frecuencia del láser”, señaló el profesor.
“La gran ventaja del nuevo reloj nuclear de Viena es que, al utilizar núcleos atómicos en lugar de átomos, se puede lograr, en principio, una precisión mucho mayor”, destacó Thorsten Schumm. Los núcleos atómicos son más de diez mil veces más pequeños que los átomos; reaccionan mucho menos a las perturbaciones externas y, por lo tanto, son indicadores de tiempo mucho más fiables.
Las primeras pruebas, realizadas durante un periodo de 24 horas, permitieron estimar la precisión del nuevo reloj nuclear en aproximadamente 10 elevado a la potencia de menos 15. Esta cifra equivale a un desfase de cerca de un segundo en 30 millones de años. Aunque el prototipo todavía se encuentra por debajo del rendimiento alcanzado por los relojes atómicos ópticos más precisos del mundo, sus resultados representan un avance significativo.
Los investigadores consideran que el nivel de precisión podría aumentar considerablemente con futuras mejoras, entre ellas el uso de láseres de mayor potencia y cristales de torio con mejores características, lo que permitiría optimizar el funcionamiento y la estabilidad del reloj nuclear.