Un reloj nuclear mantuvo estable la frecuencia de su láser durante más de un día

Un reloj preciso necesita un ritmo que no se desvíe. Investigadores de Viena y Braunschweig hicieron que un láser corrigiera su propia frecuencia comparándola continuamente con un cambio de energía en núcleos de torio. Su prototipo de reloj nuclear funcionó con esa corrección durante más de 24 horas. Su rendimiento inicial sigue por debajo del de los mejores relojes atómicos ópticos; mejorar esa comparación es una meta futura.

Los relojes atómicos ópticos actuales cuentan oscilaciones de luz ajustadas a cambios de energía de los electrones que rodean un núcleo. Un reloj nuclear utiliza como referencia un cambio de energía dentro del propio núcleo. El torio-229 es un isótopo —una forma del torio con una composición nuclear determinada— cuya transición puede alcanzarse con luz ultravioleta de 148 nanómetros de longitud de onda, mucho menor que la de la luz visible. Un nanómetro es una milmillonésima de metro.

Luca Toscani De Col, Thomas Riebner, Ira Morawetz y sus colegas incorporaron torio-229 a un cristal de fluoruro de calcio de escala milimétrica a temperatura ambiente. Cuando la frecuencia del láser coincide con la que absorben los núcleos, hay resonancia. El equipo midió esa absorción, detectó cuándo se alejaba el láser de la coincidencia y devolvió la información para reajustarlo. La realimentación consiste en repetir esa medición y corrección, no en hacer un solo ajuste.

En términos sencillos: imagine afinar un instrumento con una nota de referencia. El láser es la nota que puede desafinarse; los núcleos dan la referencia; la absorción indica hacia dónde corregir. El aparato no lee segundos directamente del núcleo: mantiene la luz alineada con la frecuencia nuclear y utiliza las oscilaciones de esa luz como base para medir el tiempo.

En el artículo publicado en Nature, los investigadores compararon la frecuencia estabilizada con un reloj basado en un ion de iterbio, un átomo de iterbio con carga eléctrica que sirve de segunda referencia. La inestabilidad fraccional expresa cuánto varía una frecuencia durante un intervalo de medición. En esta prueba disminuyó aproximadamente como 3 × 10⁻¹² dividido por la raíz cuadrada del tiempo de observación en segundos, y se acercó a 10⁻¹⁵ tras un día. Esa cifra describe estabilidad en el intervalo observado, no demuestra exactitud absoluta durante millones de años.

La nota institucional de la TU Wien sobre la misma instalación, sin periodista individual identificado, señala posibles pruebas de física fundamental. El equipo buscó también oscilaciones de frecuencia previstas por ciertos modelos de materia oscura ultraligera, una forma hipotética de materia aún no identificada, en periodos de 20 segundos a un día. El análisis restringió los modelos examinados; no detectó materia oscura. Otros relojes nucleares publicados recientemente son experimentos distintos y no forman parte de este resultado.

La evidencia establece que una referencia nuclear guio continuamente la luz de un láser durante más de un día. No establece un récord de precisión ni un instrumento ya listo para navegación o telecomunicaciones. Reducir el ruido y comparar frecuencias durante más tiempo mostrará si esta arquitectura puede competir con las mejores referencias atómicas y ampliar las pruebas de leyes físicas.