Se logró un enorme avance que se había estado gestando durante décadas. Hace apenas unos mesesY los científicos ya están descubriendo su potencial: una medición de la brecha entre los estados de energía cuántica de un núcleo de torio se ha utilizado para crear el primer reloj nuclear rudimentario.
Mediante el acoplamiento de un reloj atómico de estroncio Con un cristal que contiene núcleos de torio, un equipo de físicos ha demostrado con éxito la tecnología central que nos llevará al primer reloj nuclear completamente realizado y desarrollado.
Ese hito, que aún no se ha alcanzado, abrirá todo un nuevo mundo de cronometraje ultrapreciso.
“Con este primer prototipo hemos demostrado que el torio se puede utilizar como cronómetro para mediciones de altísima precisión”. explica el físico Thorsten Strumm de la Universidad Tecnológica de Viena.
“Ahora sólo queda trabajar en el desarrollo técnico y no cabe esperar mayores obstáculos”.
Un reloj atómico es aquel que se basa en el “tictac” muy preciso de los átomos a medida que cambian entre estados de energía cuando son estimulados por un láser, según lo determinado por los estados de los electrones que giran alrededor del núcleo en el centro atómico.
Sin embargo, esto es mucho más difícil de lograr con el propio núcleo, ya que se necesita mucha más energía para cambiar su estado energético que para cambiar el estado energético de los electrones.
Sin embargo, un reloj nuclear es sumamente deseable, ya que sería mucho más estable y preciso que un reloj atómico. A su vez, un reloj nuclear permitiría mediciones más precisas del Universo físico, lo que tiene implicaciones para todo, desde la navegación hasta la búsqueda de materia oscura.
Se realizó una medición del salto de energía –la diferencia entre los estados de energía– de un núcleo de torio. anunciado a principios de este añoY esto ha permitido a Strumm y a sus colegas determinar la energía precisa necesaria para crear el cambio en los estados de energía, el mecanismo mediante el cual funcionaría un reloj nuclear.
El siguiente paso fue demostrar que podían crear un reloj a partir de este tictac, y eso es lo que Strumm y sus colegas han hecho ahora.
El reloj que demostraron no es la experiencia completa del reloj nuclear, sino los primeros pasos en esa dirección. El reloj de estroncio en JILA en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología Funciona mediante luz infrarroja.
El equipo creó un pequeño cristal de fluoruro de calcio que contiene núcleos de torio, cuyos estados de energía se cambian mediante luz ultravioleta de vacío.
Para acoplar el cristal al reloj atómico, los investigadores necesitaban encontrar una forma de convertir la luz infrarroja en ultravioleta. Lo hicieron creando un peine de frecuencias de longitudes de onda infrarrojas y haciéndolo pasar por gas xenón, que interactúa con la luz infrarroja para emitir longitudes de onda ultravioleta.
El resultado fue un peine de frecuencias combinado que podía excitar la transición de los núcleos de torio y sincronizarla con el tictac de los átomos de estroncio.
El tictac nuclear resultante no es más preciso que el reloj atómico de estroncio, pero ahora que se ha demostrado el concepto central, la tecnología real está a la vista y muy cerca de su realización completa, dicen los investigadores.
“Imagínese un reloj de pulsera que no se desviara ni un segundo ni siquiera si lo dejara funcionando durante miles de millones de años. Aunque todavía no hemos llegado a ese punto, esta investigación nos acerca a ese nivel de precisión”. dice el físico Jun Ye de JILA.
El equipo realizó el experimento muchas veces y, en todas ellas, obtuvo resultados compatibles con un reloj atómico. El próximo paso será perfeccionarlo.
“Cuando excitamos la transición por primera vez, pudimos determinar la frecuencia con una precisión de unos pocos gigahercios. Eso ya era un factor mil mejor que todo lo conocido hasta ahora. Sin embargo, ahora tenemos una precisión en el rango de los kilohercios, lo que es nuevamente un millón de veces mejor”. Schumm dice.
“De esta manera esperamos superar a los mejores relojes atómicos en dos o tres años”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.