En busca de la precisión absoluta en la medición del tiempo, crean el primer reloj nuclear

VIENA- En abril pasado, un equipo de científicos liderado por el profesor Thorsten Schumm de la universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) dio a conocer “un gran éxito: por primera vez, un núcleo atómico había pasado de un estado a otro mediante un láser, un efecto que puede utilizarse para mediciones de alta precisión”, detalla el artículo “The World’s First Nuclear Clock” publicado en el sitio web de TU Wien.

Los investigadores de TU Wien, del JILA, que es un instituto conjunto del National Institute of Standards y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado en en Boulder, consiguieron por “combinar un reloj atómico óptico de alta precisión con un sistema láser de alta energía” y lo ensamblar “con éxito a un cristal que contenía núcleos atómicos de torio”, describe la universidad Tecnológica de Viena.

TE PUEDE INTERESAR: Propone un grupo internacional de astrónomos crear un reloj lunar

“Los núcleos atómicos de torio ahora pueden usarse como un dispositivo para medir el tiempo, lo que hace que el reloj sea aún más preciso: es el primer reloj nuclear del mundo”, precisa TU Wien.

Por su parte, en artículo publicado en el National Institute of Standards titulado “Major Leap for Nuclear Clock Paves Way for Ultraprecise Timekeeping”, explica que un reloj nuclear es “un nuevo tipo de dispositivo” con el objetivo de “medir el tiempo que utilizaría señales del núcleo de un átomo”.

Para su creación, prosigue National Institute of Standards, el equipo de científicos hizo uso de “un láser ultravioleta” que fue principalmente desarrallado con el propósito de poder “medir con precisión la frecuencia de un salto de energía en los núcleos de torio incrustados en un cristal sólido”.

Así mismo, utilizaron “un peine de frecuencia óptica, que actúa como una regla de luz extremadamente precisa, para contar el número de ciclos de ondas ultravioletas que crean este salto de energía”.

“Si bien esta demostración de laboratorio no es un reloj nuclear completamente desarrollado, contiene toda la tecnología clave para uno”, asevera National Institute of Standards.

Este hito que fue publicado en la revista Nature.

MEDICIÓN DEL TIEMPO

Actualmente el estándar mundial para medir el tiempo es un tipo de reloj atómico que tiene su base en una canje de frecuencia de microondas en un átomo de cesio.

Gracias a estos relojes atómicos, tanto la tecnología como los procedimientos que están a nuestro alrededor son capaces de sincronizarse con una enorme precisión “a través de los continentes hasta al menos el decimosexto dígito”, señala la Agencia de Noticias EFE.

“Los relojes nucleares podrían ser mucho más precisos que los relojes atómicos actuales, que proporcionan la hora internacional oficial y desempeñan papeles importantes en tecnologías y aplicaciones como el GPS y la sincronización de Internet, así como en las transacciones financieras”, describe el National Institute of Standards.

Y añade que para las personas, este avance tecnológico “podría significar en última instancia sistemas de navegación aún más precisos (con o sin GPS), velocidades de Internet más rápidas, conexiones de red más confiables y comunicaciones digitales más seguras”.

En opinión de Schumm ”con este primer prototipo hemos demostrado que el torio se puede utilizar como cronómetro para mediciones de altísima precisión. Ahora solo queda realizar el trabajo de desarrollo técnico, por lo que no se esperan mayores obstáculos”.

RELOJ NUCLEAR

National Institute of Standards considera que un reloj nuclear podría tener enormes ventajas en relación con la precisión.

“En comparación con los electrones de los relojes atómicos, el núcleo se ve mucho menos afectado por perturbaciones externas como los campos electromagnéticos dispersos”, indica el National Institute of Standards.

Siendo así, añade este instituto, que la luz láser que se requiere para originar “saltos de energía en los núcleos tiene una frecuencia mucho mayor que la requerida para los relojes atómicos”, Por lo que, continúa “esta frecuencia más alta (es decir, más ciclos de onda por segundo) está directamente relacionada con un mayor número de “tictacs” por segundo y, por lo tanto, conduce a una medición del tiempo más precisa”.

Sin embargo, el National Institute of Standards señala que es muy complicado poder crear un reloj nuclear, debido a que para poder elaborar los saltos de energía, “la mayoría de los núcleos atómicos necesitan ser alcanzados por rayos X coherentes (una forma de luz de alta frecuencia) con energías mucho mayores que las que se pueden producir con la tecnología actual”.

Siendo esta la razón por la que los científicos se focalizaron en el torio-229, que es un átomo “cuyo núcleo tiene un salto de energía menor que cualquier otro átomo conocido, lo que requiere luz ultravioleta (que tiene una energía menor que los rayos X)”.

En 1976, cita el el National Institute of Standards los investigadores lograron descubrir este salto de energía del torio, que es conocido como “transición nuclear”.

”Por eso, además del láser, se necesita un sistema cuántico que reaccione de forma extremadamente selectiva a una frecuencia láser muy específica”, expresa Schumm.

De este modo, indica el TU Wien, “cuando se les aplica una luz láser de una frecuencia muy específica, los electrones de estos átomos cambian de un estado cuántico a otro y esto se puede medir”.

Siendo así, concluye el TU Wien, “si la frecuencia del láser cambia, ya no coincide exactamente con la frecuencia natural de los átomos y estos ya no se excitan con la misma eficacia. En ese caso, es necesario reajustar el láser. Esta técnica permite mantener la frecuencia del láser extremadamente estable: este es el principio básico de un reloj atómico”.

CONCLUSIÓN

Esta tecnología no solo va a posibilitar poder medir el tiempo de manera más precisión que los relojes anteriores, sino que en el futuro también será posible poder realizar una medir más exactamente otras magnitudes físicas así como obtener respuestas a preguntas fundamentales que todavía están sin responder sobre el universo.

“Con este primer prototipo, hemos demostrado que el torio puede utilizarse como cronómetro para mediciones de muy alta precisión. Solo queda el trabajo de desarrollo técnico, sin que quepa esperar obstáculos importantes”, concluye Schumm.

Con información de la Agencia EFE, National Institute of Standards y la Universidad Tecnológica de Viena.