Científicos crean el primer reloj nuclear autónomo: solo pierde un segundo cada 30 millones de años

La medición precisa del tiempo ha evolucionado desde los péndulos mecánicos hasta los relojes atómicos, basados en las oscilaciones de los electrones. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien) y del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) de Braunschweig han dado un nuevo paso con el primer reloj nuclear autorregulado y autónomo, capaz de funcionar sin intervención humana y corregir sus propias desviaciones de frecuencia.

El dispositivo puede operar como un sistema cerrado durante más de un día y alcanza, de forma provisional, una estabilidad equivalente a desviarse solo un segundo cada 30 millones de años.

A diferencia de los relojes atómicos convencionales, que actúan sobre los electrones, los relojes nucleares trabajan directamente con protones y neutrones. El núcleo, más de diez mil veces más pequeño que el átomo, es además mucho menos sensible a perturbaciones externas como los campos electromagnéticos.

El avance se apoya en el torio-229, un isótopo cuyos dos estados energéticos están excepcionalmente próximos. Esta característica permite modificarlos mediante un láser óptico de precisión, una posibilidad planteada teóricamente por Ekkehard Peik en 2003.

Para construir el reloj, la TU Wien fabricó cristales de fluoruro cálcico dopados con millones de núcleos de torio-229. El PTB y el Instituto Max Born de Berlín desarrollaron, por su parte, un láser continuo de estado sólido y alta resolución. Los núcleos absorben la luz únicamente cuando la frecuencia es exacta.

Si el láser se desvía por fluctuaciones térmicas, la absorción cae y activa un sistema de retroalimentación que corrige automáticamente la frecuencia. Esta autorregulación convierte el conjunto en un reloj independiente. Su señal se comparó con la de un reloj atómico óptico de iterbio del instituto austríaco BEV-PTP.

De forma paralela, un equipo de la Universidad de Tsinghua, en China, ha publicado en Nature un desarrollo basado en la misma tecnología.

Aunque este prototipo todavía no supera la precisión de los mejores relojes atómicos ópticos, su formato compacto y sólido abre nuevas posibilidades en física fundamental. Los investigadores ya lo han empleado para buscar posibles interacciones entre el torio-229 y bosones escalares hipotéticos vinculados a la materia oscura, reduciendo los límites anteriores en casi tres órdenes de magnitud. Futuras mejoras en los cristales y los láseres podrían elevar notablemente su precisión.