Un equipo de la Universidad Técnica de Viena y del instituto alemán de metrología PTB logró que un reloj nuclear funcionara durante más de 24 horas sin intervención de los investigadores. El prototipo utiliza núcleos de torio para corregir automáticamente la frecuencia de un láser. El trabajo fue publicado en Nature el 7 de octubre y la universidad austríaca difundió sus resultados el día 8: un avance experimental hacia una nueva generación de instrumentos de precisión.

El término reloj nuclear describe la referencia utilizada para medir el tiempo. Los relojes atómicos convencionales aprovechan transiciones de energía de los electrones. En este caso, el patrón procede del núcleo del isótopo torio-229, que tiene dos estados energéticos excepcionalmente cercanos. Esa separación permite provocar el cambio con luz láser, una posibilidad que no se presenta de la misma manera en la mayoría de los núcleos atómicos y que sostiene esta línea de investigación.

La novedad está en el circuito de corrección. El cristal que contiene el torio absorbe luz cuando el láser alcanza la frecuencia adecuada. Si esa frecuencia se desvía, la absorción cambia y el dispositivo utiliza la señal para reajustarla. Según la explicación de TU Wien, ese mecanismo mantiene el ritmo del instrumento. La construcción del prototipo mostró que el propio patrón nuclear puede gobernar la estabilización que necesita el reloj para operar de manera continua.

El resultado requirió resolver también cómo observar la señal con suficiente rapidez. PTB explicó que los primeros experimentos iluminaban el cristal, interrumpían el haz y medían después la fluorescencia emitida por los núcleos. Ese procedimiento era demasiado lento para sostener la corrección necesaria. Un láser de emisión continua permitió pasar a la medición de la luz absorbida. Durante la prueba, el equipo comparó el dispositivo con un reloj óptico del organismo austríaco de metrología, BEV.

El artículo científico precisa que los núcleos están alojados en un cristal milimétrico de fluoruro de calcio, a temperatura ambiente, y que la transición se interroga con radiación de unos 148 nanómetros. Aun así, los investigadores advierten que el sistema todavía no alcanza el desempeño de los mejores relojes ópticos atómicos. Es una demostración de funcionamiento, con margen de mejora en láseres y materiales.

Las limitaciones aparecen también al repetir las mediciones. El estudio europeo encontró diferencias entre ensayos realizados en distintos días y las vinculó como hipótesis con las regiones del cristal que atraviesa el haz y sus posibles irregularidades. Ese aspecto importa porque un instrumento de referencia debe ofrecer resultados reproducibles. PTB identifica la calidad del cristal y las propiedades del láser entre los próximos puntos de trabajo para convertir el avance de laboratorio en un sistema más competitivo.

El desarrollo ya permitió explorar una pregunta de física fundamental. Los autores buscaron variaciones periódicas en la frecuencia que pudieran relacionarse con determinados modelos de materia oscura ultraligera. No observaron señales por encima del umbral de detección de su análisis. El resultado sirvió para establecer límites a posibles interacciones, un aporte que debe distinguirse de un descubrimiento de materia oscura. La sensibilidad nuclear abre así una aplicación científica incluso mientras continúa la mejora del reloj.

La publicación coincidió con otro trabajo de un equipo encabezado desde la Universidad Tsinghua, en China, que también presentó un reloj operativo de torio-229 en Nature. Su estudio utilizó cristales de fluoruro de calcio y documentó mejoras sucesivas en la detección y estabilización. Ambos trabajos sitúan a los relojes nucleares en una etapa de pruebas concretas: ya es posible hacerlos funcionar y medir sus límites, mientras queda por demostrar cuánto pueden superar a las tecnologías actuales.