El primer reloj nuclear del mundo sigue funcionando, abriendo nuevas formas de investigar la materia oscura y otros misterios de la física |

Durante décadas, los científicos han intentado crear dispositivos más precisos que los relojes atómicos, que mantienen el tiempo utilizando electrones, partículas cargadas negativamente que circulan dentro de los átomos.

Ahora, dos equipos independientes de físicos finalmente han dado un gran salto hacia ese objetivo. Han creado el primer reloj nuclear en funcionamiento del mundo, que se basa en el núcleo atómico o núcleo.

Un grupo de personas en Europa publicó su investigación en el servidor de preimpresión arXiv. 3 de junioy un grupo en China publicó su trabajo 7 de junio. Los hallazgos, que nunca han sido revisados ​​por pares, tienen implicaciones más allá de la puntualidad. Los relojes nucleares pueden ayudar a los científicos a obtener nuevos conocimientos fisica basica y buscar materia oscuraSe cree que la materia invisible constituye la mayor parte de la materia del universo.

«Este es un resultado extraordinario», dijo. Víctor Flambaumun físico teórico de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney que no participó en ninguno de los estudios, por Noticias científicas‘Emily Conover en el periódico del equipo europeo. Esto sugiere que la sensibilidad de sus relojes a la materia oscura es igual o mejor que la de los relojes atómicos.

«Este es sólo el primer paso», añadió Flambaum. «La carrera por construir relojes nucleares súper precisos acaba de comenzar».

En los relojes convencionales, el tiempo suele basarse en una masa oscilante, como el péndulo de un reloj de pie o de un reloj. cristal de cuarzo en el reloj. Sin embargo, estos objetos hechos por el hombre no son perfectos, porque no hay dos péndulos exactamente iguales. En cambio, reloj atómico(que es actualmente el dispositivo de cronometraje más preciso que tenemos) funciona midiendo los niveles de energía cuántica de los átomos para decir la hora.

Cuando un átomo es excitado por una fuente de energía externa, como un láser que emite una determinada longitud de onda de luz, algunos de sus electrones saltan a un nivel de energía superior. Cuando regresan a un estado de menor energía, los átomos liberan energía a la frecuencia correcta que puede usarse para mantener el tiempo.

A reloj nuclear Funciona según los mismos principios básicos, pero puede ser más preciso. Se basa en transiciones en el núcleo, que está formado por protones cargados positivamente y neutrones neutros. Debido a que los núcleos atómicos se ven menos afectados por influencias externas como los campos electromagnéticos, los relojes nucleares tienen el potencial de ser más precisos que los relojes atómicos. Además, los relojes nucleares pueden ser más prácticos de usar, ya que involucran átomos encerrados en cristales a temperatura ambiente, mientras que los mejores relojes atómicos requieren que los átomos se enfríen y se suspendan en una cámara de vacío.

Los relojes nucleares de los equipos europeo y chino utilizaron torio-229, una versión rara del elemento torio. En esencia, requiere una pequeña cantidad de energía se excita en comparación con otros átomos, por lo que puede manipularse con luz láser ultravioleta. Los científicos propusieron por primera vez que el torio-229 podría usarse para fabricar relojes en 2003, pero los investigadores tardaron aproximadamente dos décadas en obtener su núcleo. cambiar entre estados de energía.

Sin embargo, para hacer un reloj que funcione, todavía necesitan un láser que emita la longitud de onda de luz adecuada para estimular el núcleo de torio-229, que viene con la llegada de láser de onda continua.

«Con los láseres continuos, podemos medir la absorción del núcleo y obtener una respuesta inmediata sobre si el láser todavía está en la frecuencia correcta (y si no, corregirlo nuevamente)», escribió. Thorsten Schummfísico de la Universidad Tecnológica de Viena en Austria y uno de los autores del artículo del equipo europeo, en un correo electrónico a Kenna Hughes-Castleberry en Ciencia viva.

«Una vez que lo tenemos, ‘simplemente’ aplicamos algo de electrónica y atomización para estabilizar el reloj en el núcleo atómico».

Los relojes están construidos de forma ligeramente diferente, aunque las señales son comparables. El dispositivo del equipo chino utilizó un láser más potente que los otros grupos, pero el dispositivo del equipo europeo contenía cristales con una menor concentración de átomos de torio-229, informa NaturalElizabeth Gibney. En el transcurso de un día, la precisión horaria del reloj cambia una pequeña cantidad, aproximadamente equivalente a un segundo cada tres millones de años, lo cual es menos estable que los mejores relojes atómicos disponibles actualmente.

Sin embargo, en principio, los relojes nucleares pueden ser más estables que los relojes atómicos. Y como están organizados por protones y neutrones, se mantienen unidos a través de poderosa energía nuclearse pueden utilizar para estudiar teorías físicas diferentes a las de los relojes atómicos, que en su mayoría están expuestos a fuerzas electromagnéticas. Por ejemplo, los relojes nucleares podrían ayudar a los investigadores a detectar la materia oscura al capturar fluctuaciones causadas por cosas extrañas que cambian la frecuencia del dispositivo.

Debido a estas enormes posibilidades, “el reloj nuclear se ha convertido en uno de los esfuerzos más activamente perseguidos”. Shiqian Dingfísico de la Universidad Tsinghua en China y uno de los autores del artículo del equipo chino, dijo Noticias científicas.