Por Kenna Hughes-Castleberry

Desde la navegación por satélite hasta el GPS, el mundo funciona con un cronometraje ultrapreciso, normalmente basado en relojes atómicos. Estos dispositivos utilizan fuentes de energía, como láseres sintonizados a frecuencias específicas, para excitar electrones que orbitan alrededor de núcleos atómicos. Los electrones saltan o «hacen una transición» a un nivel de energía más alto antes de volver a caer a uno más bajo a intervalos de tiempo rápidos y regulares: el «tick» de un reloj atómico.

Pero ni siquiera los relojes atómicos son perfectos, porque los factores ambientales pueden afectar la forma en que rebotan los electrones. A medida que nuestras herramientas tecnológicas requieren cada vez más precisión, los físicos están ideando una posible solución: mover el cronometraje adentro el núcleo, que está aislado de tales interferencias, excitando protones y neutrones en lugar de electrones. Como los protones y los neutrones son relativamente densos, un “reloj nuclear” requeriría láseres sintonizados mucho más potentes y un tipo de átomo muy particular. Ahora las mediciones innovadoras del isótopo torio 229, publicadas recientemente en Naturalezasugieren que por fin podría estar a nuestro alcance un reloj nuclear práctico.

Mientras que los mejores relojes atómicos actuales retrasan un segundo cada 100 millones de años, los relojes nucleares retrasarían un segundo cada 31,7 mil millones de años (más del doble de la edad del universo), explica el autor principal del estudio, Sandro Kraemer. Esta precisión mejorada podría conducir a avances en la medición del tiempo, la física nuclear y la tecnología de sensores cuánticos utilizada para la navegación por satélite y las telecomunicaciones. “Mejorará instantáneamente las mediciones de física nuclear en un [factor of a] De un billón a un cuatrillón”, dice José R. Crespo López-Urrutia, científico del Instituto Max Planck de Física Nuclear de Alemania, que no participó en las nuevas mediciones.

En 2003, los físicos sugirieron por primera vez que un isótopo sintético llamado torio 229 podría ser la clave para medir el tiempo nuclear. En teoría, las partículas nucleares del torio 229 podrían pasar a un estado excitado con una cantidad excepcionalmente baja de energía, lo que lo convertiría en el único isótopo que la tecnología láser actual podría excitar de manera factible para un reloj nuclear. «Mayoría [elements’] Las transiciones nucleares tienen energías muy grandes en el rango de miles o millones de electronvoltios”, lo que está más allá de las capacidades incluso de los láseres más modernos, dice Adriana Palffy, física de la Universidad de Würzburg en Alemania, que también no participó en el nuevo trabajo.

En el estudio, un equipo de físicos de la instalación de física nuclear del CERN, ISOLDE, detectó y midió la transición nuclear del torio 229 por primera vez. A 8,3 electronvoltios, la transición sería lo suficientemente pequeña como para ser activada por un láser especialmente sintonizado. Los físicos ahora están desarrollando láseres para hacer funcionar el reloj del torio, dice Piet Van Duppen, portavoz del equipo ISOLDE y profesor del Instituto de Física Nuclear y de Radiación de la KU Leuven en Bélgica. “Una vez que la resonancia [between thorium 229 and these new lasers] Si se observa”, afirma Van Duppen, “daremos un gran salto adelante”.