Los relojes nucleares podrían superar a los relojes atómicos como los relojes más precisos

Si los físicos pueden construirlos, los relojes nucleares serían un tipo de reloj completamente nuevo, uno que mantendría el tiempo basado en la física de los corazones de los átomos. Los relojes más precisos de la actualidad, llamados relojes atómicos, se basan en el comportamiento de los electrones de los átomos, pero un reloj basado en núcleos atómicos podría alcanzar 10 veces la precisión de esos relojes atómicos, calculan los investigadores.

Mejores relojes podrían mejorar las tecnologías que dependen de ellos, como la navegación GPS, pero no se trata solo de cronometraje. A diferencia de los electrones de los átomos, los núcleos atómicos están sujetos a la fuerza nuclear fuerte, que mantiene unidos a los protones y neutrones. Un reloj nuclear ve una parte diferente del mundo significando que los relojes nucleares podrían permitir nuevas pruebas de ideas fundamentales en física, incluso si los números supuestamente inmutables en física conocidos como constantes fundamentales son, de hecho, constantes.

Los relojes atómicos miden el tiempo usando los saltos de energía de los electrones de los átomos. De acuerdo con la física cuántica, los electrones en los átomos pueden transportar solo ciertas cantidades de energía, en niveles de energía específicos. Para impulsar los electrones en un átomo de un nivel de energía a otro, los átomos de un reloj atómico deben ser golpeados con luz láser de la frecuencia adecuada, dicha frecuencia, la tasa de oscilación de las ondas electromagnéticas de la luz, sirve como un cronometrador de alta precisión.

Al igual que los electrones en un átomo, los protones y neutrones dentro de los núcleos atómicos también ocupan niveles de energía discretos. Los relojes nucleares se basarían en saltos entre esos niveles de energía nuclear, en lugar de los de los electrones. En particular, los núcleos son resistentes a los efectos de los campos magnéticos o eléctricos dispersos que pueden obstaculizar los relojes atómicos, como resultado, los relojes nucleares serían más estables y precisos.

Pero hay un problema, para contar el tiempo con los núcleos, los científicos deben poder iniciar el salto entre los niveles de energía nuclear con un láser. Los niveles nucleares normalmente no son accesibles con láseres, para la mayoría de los núcleos, eso requeriría una luz de mayor energía que la que pueden lograr los láseres adecuados. Afortunadamente, hay una sola excepción en todos los núcleos conocidos, una variedad de torio (elemento químico) llamada torio-229 tiene un par de niveles de energía lo suficientemente cercanos como para que un láser pueda desencadenar el salto. Mediciones recientes han identificado con mayor precisión la energía de ese salto, un paso crucial hacia la construcción de un reloj nuclear de torio.

Los equipos están de acuerdo en que el salto tiene una energía de poco más de 8 electronvoltios. Esa energía corresponde a la luz ultravioleta en un rango en el que es posible dar el salto con un láser, pero al límite de las capacidades de los científicos. Los relojes nucleares podrían permitir a los investigadores diseñar nuevas pruebas para determinar si las constantes fundamentales de la naturaleza varían con el tiempo. Por ejemplo, podrían buscar materia oscura, escurridizas partículas no detectadas que los físicos creen que representan la mayor parte de la materia del universo, lo que podría alterar el tictac del reloj.