Diseñan un reloj nuclear 100 veces más preciso que el reloj atómico actual

Un equipo internacional de científicos trabaja en la construcción de un reloj con un margen de imprecisión de una décima de segundo en 14 mil millones de años, informó hoy el Instituto Tecnológico de Georgia. La precisión extrema de este reloj, cien veces superior a la de los actuales relojes atómicos, proviene del núcleo de un solo ion de torio, añade un artículo que publicará la revista Physical Review Letters.

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demás de los físicos del Tecnológico de Georgia, en Alabama, participan en el proyecto físicos de la Universidad de Nueva Gales (Australia), del Departamento de Física de la Universidad de Nevada, en un trabajo financiado en parte por la Oficina Naval de Investigaciones y la Fundación Nacional de Ciencias.

El reloj nuclear podría ser útil para algunas comunicaciones confidenciales y para el estudio de teorías fundamentales de la física. Asimismo podría añadir precisión al sistema de posicionamiento global (GPS por su sigla en inglés), que se sustenta ahora en relojes atómicos.

Los relojes mecánicos emplean un péndulo que provee las oscilaciones con las que se mide el tiempo. En los relojes modernos son cristales de cuarzo los que proveen las oscilaciones de alta frecuencia que operan como una horquilla de afinación musical en lugar del antiguo péndulo.

La precisión de los relojes atómicos proviene de las oscilaciones de los electrones en los átomos inducidas por rayo láser. Pero a estos electrones pueden afectarles los campos magnéticos y eléctricos, y por eso los relojes atómicos a veces sufren una desviación de unos cuatro segundos a lo largo de la existencia del universo.

Pero los neutrones son mucho más pesados que los electrones y están agrupados con más densidad en el núcleo atómico de manera que son menos susceptibles a tales trastornos ambientales.

Según el artículo del Instituto Tecnológico de Georgia, para crear las oscilaciones los investigadores planifican el uso de un láser que opera en frecuencias de petaherzios -10 elevado a la 15 potencia, ó 1.000.000.000.000.000 oscilaciones por segundo- para hacer que el núcleo de un ion de torio 229 pase a un estado de energía más elevado.

La "sintonización" de un laser que cree estos estados de energía más altos permitiría que los científicos fijasen su frecuencia con mucha precisión, y esa frecuencia se usaría para marcar el tiempo, en lugar del tic-tac de un reloj o el vaivén de un péndulo.

Los diseñadores encaran otro problema: para que el reloj nuclear sea estable hay que mantenerlo a temperaturas muy bajas de apenas decenas de microkelvin.

Para producir y mantener tales temperaturas habitualmente los físicos usan un refrigerante del laser, pero en este sistema eso se presenta como un problema, porque la luz del laser también se usa para crear las oscilaciones que marcan el paso del tiempo.

Según el artículo, los investigadores incluyen un único ion de torio 232 con el ion de torio 229 que se usará en la marca del tiempo. Al ion más pesado lo afecta una frecuencia de onda diferente de la que afecta al torio 229.

Los investigadores enfriaron el ion más pesado y esto bajó la temperatura del ion "reloj" sin afectar sus oscilaciones.