Dos equipos de físicos han fabricado los primeros relojes nucleares del mundo. Estos dispositivos radicalmente nuevos mantienen el tiempo utilizando fluctuaciones en los estados de energía del núcleo de un átomo, en lugar de los de sus electrones, que los relojes atómicos utilizan actualmente para definir la duración de un segundo.
Descubrir cómo extraer la “garrapata” de un núcleo y utilizarla para medir el tiempo ha llevado más de 20 años. Los relojes nucleares deberían ser más robustos y portátiles que los mejores relojes disponibles hoy en día porque los núcleos son difíciles de perturbar y están protegidos por un cristal. Además de ser potencialmente algún día más precisos, también brindan a los físicos una forma sin precedentes de investigar las fuerzas en juego dentro de un núcleo.
Se presentaron dos relojes nucleares en dos estudios, que fueron publicados en el servidor de preimpresión arXiv los días 3 y 7 de junio por equipos de Europa1 y China2. Muestran que los relojes nucleares han pasado de ser un sistema con “potencial” a “un instrumento de precisión funcional” que puede usarse para buscar nueva física, dice Gilad Pérez, físico teórico del Instituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, Israel.
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Crear un reloj nuclear es “un sueño hecho realidad”, afirma Thorsten Schumm, físico atómico de la Universidad Tecnológica de Viena y miembro principal del equipo europeo. Hasta hace poco, este campo había sido “un nicho tranquilo” en el que trabajar, afirma. “Ahora tenemos una competencia global feroz pero amistosa”.
tic tac
Todos los relojes requieren una oscilación estable, como la de un péndulo, para mantener el tiempo. En los mejores relojes atómicos, esta oscilación es la oscilación de la longitud de onda visible de la luz que se absorbe cuando los electrones saltan entre niveles de energía. Los físicos determinan la frecuencia específica de la luz láser necesaria para desencadenar este cambio en el estado del electrón y luego usan esa frecuencia para mantener el tiempo.
Un reloj nuclear es diferente. En lugar de hacer que los electrones salten entre niveles de energía, mantiene el tiempo impulsando los protones y neutrones dentro del núcleo de los átomos de torio-229 a un estado de mayor energía. La mayoría de los elementos requieren una enorme cantidad de energía para reorganizar sus núcleos, pero el torio es inusual porque tiene niveles de energía estables que están tan juntos que sólo el empujón de la luz láser ultravioleta puede provocar el cambio.
Los físicos habían sospechado durante décadas las propiedades especiales del torio, pero no fue hasta 2024 que finalmente lograron desencadenar la transición nuclear en un cristal de fluoruro de calcio de tamaño milimétrico cargado con billones de átomos de torio-229. Más tarde ese año, otro equipo identificó la frecuencia precisa con la que ocurre.
Lo único que faltaba para que un reloj nuclear funcionara era una forma de bloquear la frecuencia del láser con el cronometrador natural y evitar que la velocidad del reloj se desviara con el tiempo. Ambos equipos lograron esto monitoreando cuánta luz láser era absorbida por los átomos de torio-229. Cuando el láser está en el rango correcto, la intensidad de la señal disminuye a medida que los fotones son absorbidos, dice Schumm. Pero si la frecuencia se desvía, “se ve que la señal vuelve a subir y se puede corregir inmediatamente”, dice.
Los grupos diferían en sus métodos exactos: el grupo de China, dirigido por Shiqian Ding, físico de la Universidad Tsinghua de Beijing, utilizó un láser mucho más potente que el europeo, pero un cristal con una menor concentración de átomos de torio-229, por lo que, en general, las señales producidas por los dos relojes eran comparables.
Los relojes de ambos equipos funcionaron de manera confiable, desplazándose en el transcurso de un día solo el equivalente a alrededor de un segundo en tres millones de años (aunque, por ahora, esa estabilidad todavía está por debajo de la estabilidad de los mejores relojes atómicos ópticos, que ganan o pierden un segundo cada 40 mil millones de años).
Nueva ventana
Los planes para desarrollar aún más los relojes se están acelerando. En comparación con los relojes atómicos, los relojes nucleares basados en cristales son menos sensibles a las perturbaciones ambientales y pueden funcionar sin un enfriamiento extremo. Esto “abre una posible ruta hacia relojes ópticos compactos y robustos”, afirma Ding, para su uso en dispositivos de navegación y comunicación. Según Schumm, ya se están desarrollando comercialmente relojes nucleares que utilizan cristales.
Otros investigadores están trabajando en la fabricación de relojes nucleares que podrían ser más precisos que los mejores relojes atómicos. Debido a que la luz que desencadena la transición nuclear es de una frecuencia más alta que la utilizada para un reloj atómico, en teoría, los relojes nucleares deberían poder dividir el tiempo con mayor precisión. Pero esto requerirá aislar el torio-229, en lugar de incrustarlo en un cristal. Se trata de una “ruta importante que queda por explorar”, afirma Ekkehard Peik, físico del PTB, el instituto nacional de metrología de Alemania en Braunschweig, que codirigió el equipo europeo.
Incluso ahora, los relojes nucleares están proporcionando una nueva forma de investigar la física fundamental. Los teóricos predicen que algunas formas de materia oscura cambiarían la intensidad de las fuerzas fundamentales que unen el núcleo de un átomo, provocando un cambio mensurable en la frecuencia de transición. Tener un reloj en funcionamiento crea un sensor que funciona continuamente y permite realizar estudios más limpios y más rápidos que antes, añade Pérez. “Esto es asombroso”, dice. “Creo que estamos presenciando el nacimiento de un nuevo campo”.
Schumm dice que recibe varios correos electrónicos a la semana de físicos teóricos que quieren utilizar los relojes para probar su propia teoría exótica que crea efectos observables específicos. “En última instancia, tendremos que utilizar muchos tipos diferentes de relojes, que correspondan a los diferentes efectos”.
Este artículo se reproduce con autorización y se publicó por primera vez el 22 de junio de 2026.
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