Comienza la era de los relojes nucleares: cuenta atrás para la medición del tiempo más precisa de la historia

Medir con una precisión casi perfecta ya es una realidad gracias a la Universidad Tecnológica de Viena, ya que han instalado el primer prototipo mundial de una nueva tecnología de cronometraje que se espera que establezca un nuevo récord de precisión, según lo que ha publicado la revista ‘Nature’.

Investigadores de todo el mundo han estado trabajando durante décadas para conseguir este objetivo, pero es ahora cuando se están haciendo avances realmente importantes en rápida sucesión.

De esta forma, Viena tiene en sus manos el primer reloj nuclear del mundo que se autoestabiliza, como es común en los relojes atómicos. Además, se ha demostrado que este sistema se mantiene estable durante 24 horas sin intervención.

Antes se sospechaba que los núcleos atómicos de torio poseen una propiedad muy especial que los convierte en la herramienta ideal para mediciones extremadamente precisas: tienen dos estados de energías distintos cuyas energías son muy similares. Debido a que la diferencia de energía entre estos dos estados es extremadamente pequeña, es posible utilizar un láser para «conmutar» deliberadamente el núcleo atómico de un estado a otro. En otros núcleos atómicos, las diferencias de energía son mucho mayores, por lo que no responden a luz láser.

En resumen, el torio tiene dos estados de energía del núcleo que están muy cerca; eso permite intentar hacer que el núcleo pase de un lado al otro mediante un láser y utilizar ese cambio como referencia para medir el tiempo con una precisión extraordinaria. Y por eso es importante: si consigues una referencia temporal extremadamente precisa, puedes hacer mediciones físicas extremadamente precisas.

Origen de la investigación sobre el reloj nuclear

En abril de 2024, el equipo liderado por el profesor Thorsten Schumm en el Instituto de Física Atómica y Subatómica de la Universidad Técnica de Viena, junto con el equipo liderado por el profesor Ekkehard Peik en el PTB Braunschweig de Alemania, por primera vez consiguieron descubrir dicha transición nuclear, sospechada durante muchísimo tiempo. Ellos demostraron que los núcleos de torio pueden excitarse con haces láser.

En otoño de ese mismo año, el equipo demostró que estos átomos de torio podían utilizarse para construir un reloj automático óptico convencional, y los núcleos de torio se utilizaron como cronómetro.

Sin embargo, este aún no era el tipo de reloj nuclear que podía utilizarse para establecer récords de precisión; por ello, el profesor Thorsten Schumm afirmó que «lo que realmente se necesita es un reloj nuclear autoestabilizador». «La idea básica es sencilla: se tiene un láser y torio. «El láser modifica los estados energéticos de los núcleos de torio, y estos núcleos se utilizan para estabilizar la frecuencia láser», explicó el profesor.

El profesor Thorsten Schumm destacaba que «la gran ventaja del nuevo reloj nuclear de Viena es que, al utilizar núcleos atómicos en lugar de átomos, se puede lograr, en principio, mucha más precisión». Los núcleos atómicos son más de diez mil veces más pequeños que los átomos; reaccionan mucho menos a las perturbaciones externas, y por eso son indicadores de tiempo mucho más fiables.

La precisión adquirida por el nuevo reloj nuclear se ha investigado durante un día y es de aproximadamente 10 elevado a la potencia de menos 15, lo que se corresponde con un error de aproximadamente un segundo cada 30 millones de años. Aunque para el profesor «todavía no alcanza los niveles de los mejores relojes atómicos ópticos del mundo, pero para un primer prototipo es un resultado asombroso».

La precisión mejorará drásticamente debido a diversas medidas como láseres más potentes y mejores cristales de torio.