Avance exitoso en la física: científicos construyen los primeros relojes alimentados por núcleos atómicos

La física del tiempo acaba de entrar en una fase decisiva. Dos equipos de investigadores han conseguido dar forma a los primeros relojes nucleares capaces de medir el tiempo a partir del núcleo de los átomos, un enfoque que hasta hace pocos años pertenecía casi por completo al terreno teórico. El avance se basa en el uso del isótopo torio-229, considerado uno de los candidatos más prometedores para la creación de estos dispositivos.

Los trabajos, publicados como preprints en arXiv, proceden de equipos en Europa y China. Según los autores, el sistema desarrollado en la Universidad Técnica de Viena 'constituye la primera implementación de un reloj nuclear que funciona como dispositivo autónomo'. En paralelo, investigadores de la Universidad de Tsinghua han logrado resultados que refuerzan la reproducibilidad de estas señales en distintos cristales, un paso clave para su futura estandarización.

El torio-229 y el nacimiento de los relojes nucleares

El concepto de reloj nuclear surge de una idea sencilla, pero exigente: utilizar las transiciones energéticas del núcleo atómico como referencia temporal. A diferencia de los relojes atómicos tradicionales, que dependen de los electrones, estos nuevos sistemas se apoyan en el núcleo, mucho menos expuesto a interferencias externas. Esa estabilidad podría traducirse en una precisión superior en el futuro.

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El gran reto ha sido encontrar un núcleo con una transición accesible mediante tecnología láser. El torio-229 destaca por una excepción poco común: su nivel de energía es tan bajo que permite ser excitado con luz láser ultravioleta de alta precisión. Este detalle abrió la puerta a experimentos que, en 2024, lograron por primera vez activar y medir su transición en entornos controlados, un hito que marcó el inicio práctico de esta línea de investigación.

Avances cuánticos en Europa y China

En Europa, el equipo liderado por Luca Toscani De Col, en la Universidad Técnica de Viena, diseñó un sistema en el que núcleos de torio-229 se integran en cristales de fluoruro de calcio. El dispositivo utiliza láseres en el rango del ultravioleta extremo para estabilizar una frecuencia de referencia. Además, los investigadores compararon su funcionamiento con un reloj de iones de iterbio y lograron demostrar estabilidad a largo plazo. El mismo sistema permitió explorar posibles señales de materia oscura ultraligera, sin evidencias concluyentes, pero con nuevos límites para ciertos modelos físicos.

En China, el grupo dirigido por Beichen Huang en la Universidad de Tsinghua optó por un enfoque complementario. Su experimento se centró en verificar la consistencia del 'tic' nuclear en diferentes cristales fabricados de forma independiente. Los resultados mostraron frecuencias casi idénticas, un dato relevante para la futura reproducibilidad de estos sistemas. En palabras del equipo, el avance 'amplía la metrología cuántica desde las transiciones electrónicas hacia las nucleares y abre una plataforma para relojes compactos y sensores de precisión'.