Investigadores de la TU Wien en Viena y de la Universidad de Tsinghua en Pekín han construido independientemente los primeros relojes nucleares que miden el tiempo contando el rápido apretamiento y expansión de los núcleos atómicos de torio-229. El isótrope torio-229 es excepcionalmente raro, solo se obtiene a partir del descomposición del uranio de grado armamentístico, y requiere un láser ajustado a 148 nanómetros en el espectro ultravioleta para impulsar la transición nuclear. Sus resultados fueron publicados en la revista Nature el miércoles, recibiendo elogios de expertos que calificaron el trabajo como un avance importante para el campo emergente de los relojes nucleares.
Cada reloj funciona al dirigir ese láser ultravioleta de 148 nanómetros sobre el núcleo de torio y medir cuán rápido cambia entre dos formas—un isómero que se comprime como un balón de fútbol en forma de pera y luego vuelve a su estado original. Para mantener estable la frecuencia del láser, ambos equipos añadieron un bucle de retroalimentación que mide y corrige cualquier desviación, similar al cuerda de un reloj de péndulo, asegurando que el tic-tac permanezca constante. El equipo de Pekín generó el láser ultravioleta necesario utilizando un gas de cadmio calentado, mientras el equipo de Viena obtuvo acceso a cristales ricos en torio para superar la escasez de láser.
Esta imagen muestra el cristal de torio y el aparato de láser ultravioleta utilizado por el equipo de Viena para construir su reloj nuclear, tal como se describe en el artículo.
El dispositivo de Viena perdería aproximadamente un segundo cada pocos millones de años, mientras la versión de Pekín perdería alrededor de dos segundos si hubiera estado funcionando desde el impacto del asteroide que extinguió a los dinosaurios no avianos hace 65 millones de años. Aunque los relojes atómicos actuales siguen siendo aproximadamente diez mil veces más estables, los relojes nucleares demuestran una prueba de principio para una nueva clase de cronómetro que es menos susceptible al ruido electromagnético externo y que algún día podría ser más portátil o servir como sensor de materia oscura, ya que una partícula de materia oscura que pasa podría impartir un leve tambaleo al núcleo de torio detectable como una desviación en la salida del reloj. Los investigadores afirman que los cristales mejorados y los láseres más potentes probablemente aumenten el rendimiento rápidamente, describiendo los resultados actuales como solo el comienzo del campo de los relojes nucleares.