Histórico: científicos desarrollan el primer reloj nuclear del mundo ¿Cómo funciona y cuáles son sus ventajas?

Un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien) y del Instituto JILA/NIST en Estados Unidos ha logrado un avance histórico en la medición del tiempo: la creación del primer reloj nuclear del mundo. Este desarrollo marca un nuevo hito en la ciencia, ya que podría superar la precisión de los relojes atómicos, que han sido el estándar durante décadas. Aunque aún no es más preciso que los relojes atómicos actuales, el reloj nuclear abre nuevas posibilidades para mejorar diversas áreas de investigación científica.

De acuerdo con agencias internacionales como EFE, el proyecto fue liderado por el profesor Thorsten Schumm de la TU Wien, quien en abril de este año, junto a su equipo, consiguió por primera vez cambiar el estado de un núcleo atómico utilizando un láser. Este cambio se realizó en el núcleo del torio, un elemento que ha sido clave para la creación del reloj nuclear. Aunque los relojes atómicos han dominado la medición precisa del tiempo, la demostración de que los núcleos de torio pueden utilizarse como marcadores temporales fue un gran avance. La clave de este reloj es su estabilidad, dado que los núcleos atómicos son mucho más pequeños que los átomos y, por lo tanto, menos susceptibles a interferencias externas.

¿Cómo funciona?

El reloj nuclear funciona de manera similar a un reloj atómico, que mide el tiempo mediante la oscilación de ondas electromagnéticas. Sin embargo, en lugar de depender de átomos enteros, utiliza los núcleos de estos átomos. Los núcleos son más estables y menos sensibles a interferencias externas como los campos electromagnéticos. El torio, en particular, es el único elemento conocido cuyas transiciones nucleares pueden ser activadas por láseres. Sus núcleos tienen dos estados de energía muy cercanos, lo que permite que funcionen como una base precisa para medir el tiempo.

El reloj nuclear es posible gracias a un proceso avanzado conocido como “peine de frecuencias”. Esta técnica convierte pulsos de luz infrarroja, utilizados en relojes atómicos, en luz ultravioleta, que es la frecuencia necesaria para activar los núcleos de torio. Una vez activados, estos núcleos permiten una medición temporal extremadamente precisa.

Precisión sin precedentes

En los experimentos iniciales, el reloj nuclear alcanzó una precisión que permite medir la frecuencia de la transición del torio con una exactitud de pocos gigahercios (mil millones de ciclos por segundo). Con mejoras adicionales, esta precisión ha llegado al rango de kilohertz, lo que supone una mejora de un millón de veces respecto a mediciones anteriores. Los científicos creen que en un plazo de dos a tres años, los relojes nucleares superarán a los relojes atómicos en términos de precisión.

Aplicaciones potenciales

El reloj nuclear tiene un enorme potencial para transformar diversas áreas científicas y tecnológicas. En la geología, por ejemplo, su precisión permitirá medir pequeños cambios en el campo gravitatorio de la Tierra, lo que ayudará a estudiar movimientos tectónicos y variaciones en las capas profundas del planeta. En la astrofísica, podría mejorar la detección de ondas gravitacionales y el estudio de fenómenos cósmicos distantes como las supernovas.

Otro campo que se beneficiará de esta tecnología es el de la física fundamental. Los relojes nucleares podrían ser utilizados para investigar si las constantes de la naturaleza, como la velocidad de la luz o la constante gravitacional, son verdaderamente invariables en el tiempo y el espacio. También se podrían realizar pruebas más precisas de la teoría de la relatividad general de Einstein.

En el ámbito de las telecomunicaciones y la navegación, la precisión del reloj nuclear podría mejorar la sincronización de redes y la exactitud de los sistemas de posicionamiento global (GPS). Además, podría tener aplicaciones en la computación cuántica, donde la medición del tiempo es crucial para mejorar la coherencia de los qubits, las unidades básicas de la información cuántica.

Aunque el reloj nuclear no ha sido diseñado para superar inmediatamente a los relojes atómicos, su desarrollo ha sentado las bases para una tecnología más precisa en el futuro. La capacidad de medir el tiempo con mayor exactitud tendrá un impacto profundo en muchas disciplinas científicas, desde la geofísica hasta la física teórica.

Este avance marca el inicio de una nueva era en la medición del tiempo, con implicaciones significativas para la ciencia y la tecnología en las próximas décadas. Los relojes nucleares no solo serán una herramienta más avanzada, sino que también permitirán explorar preguntas fundamentales sobre el universo y sus leyes físicas.