Un reloj nuclear: un segundo de error en 30 millones de años

Dos equipos de investigación han publicado en Nature los primeros prototipos de reloj nuclear, un dispositivo que cuenta el tiempo con las oscilaciones del núcleo atómico y no con las de los electrones. El prototipo europeo, de la Universidad Tecnológica de Viena, alcanza una precisión de 10⁻¹⁵, equivalente a un segundo de error en 30 millones de años.

¿Qué han construido exactamente?

Los dos prototipos comparten diseño. El papel de péndulo lo hace un núcleo de torio-229, que cambia entre solo dos estados energéticos. Expuesto a un láser específico, el sistema registra la frecuencia de esa transición. A diferencia de los relojes atómicos, que emplean varios millones de átomos, estos dispositivos pueden usar un cuatrillón de núcleos de torio insertados en un cristal de fluoruro de calcio.

El trabajo europeo está firmado por investigadores austríacos y alemanes, con Thorsten Schumm, de la Universidad Tecnológica de Viena, como autor sénior. El segundo prototipo lo ha desarrollado el grupo de Shiqian Ding, físico de la Universidad Tsinghua de Pekín, en China. Ambos se detallan en la misma revista.

¿Qué precisión alcanza un reloj nuclear?

El reloj europeo llega a 10⁻¹⁵, lo que equivale a un error de más o menos un segundo en 30 millones de años. Schumm lo enmarca: “Es completamente normal que un nuevo tipo de reloj no supere inmediatamente a todas las tecnologías existentes; se trata de una primera prueba de concepto, y lo relevante es el potencial de mejoras futuras”.

La referencia vigente es otra. La definición oficial del segundo depende de las oscilaciones entre dos estados energéticos del átomo de cesio-133: 9.192.631.770 periodos. El primer reloj atómico se construyó con amoníaco en los años 40 del siglo pasado.

¿Para qué sirve tanta precisión?

No para consultar la hora. Daniel de Mercado, físico del Centro Español de Metrología, lo resume: “Para la vida cotidiana, con algunos matices, no necesitamos saber la hora con una precisión de un segundo en miles de millones de años”. Su equipo desarrolla un reloj óptico atómico basado en las transiciones energéticas de iones de calcio-40.

El objetivo es la física fundamental. “Las frecuencias de las transiciones atómicas y nucleares dependen de las constantes y de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, de modo que una medición extremadamente precisa permite buscar pequeñas discrepancias entre el valor observado y el que predicen nuestras teorías”, explica de Mercado. Si aparecieran desviaciones sistemáticas, podrían ser señal de “interacciones todavía desconocidas o de la naturaleza de la materia oscura”. La historia de la ciencia tiene episodios en los que una medición cuidadosa reordena un campo entero, como cuando Rosalind Franklin sí vio la hélice del ADN en 1952, según sus notas.

Fuera del laboratorio, esa precisión sostiene operaciones críticas de geoposicionamiento, exploración espacial, telecomunicaciones, operaciones financieras y defensa.

¿Por qué resisten mejor las perturbaciones?

En un comentario publicado también en Nature, Akio Kawasaki, del Instituto de Metrología de Japón, recuerda que “una de las principales fuentes de incertidumbre procede de los campos eléctricos externos”. El núcleo, donde concurren las cuatro fuerzas fundamentales —en particular la fuerza nuclear fuerte, que mantiene unidos protones y neutrones—, promete ser mucho más resistente a esos campos.

¿Sustituirán a los relojes atómicos?

Schumm describe la relojería como una carrera hacia tictacs más rápidos: “Un reloj mejora cuanto más rápido marca o se balancea”, y señala que los relojes atómicos se acercan a un límite, porque si se les hace oscilar demasiado empiezan a arrancar electrones. “El reloj nuclear supone un paso más, ya que proporciona el tictac más rápido disponible actualmente”, añade. Los núcleos son 1.000 veces más pequeños y las fuerzas nucleares implicadas son enormes, lo que los convierte, dice, en “un resorte o péndulo fantástico”. Técnicas de control con luz ya han recibido reconocimiento internacional, como el Nobel de Medicina 2026 para la optogenética, el control cerebral con luz.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un reloj nuclear?

Es un dispositivo que mide el tiempo con las oscilaciones del núcleo del átomo en lugar de las de sus electrones. Los prototipos publicados en Nature usan núcleos de torio-229.

¿Qué precisión tiene el reloj nuclear europeo?

Alcanza 10⁻¹⁵, equivalente a un error de aproximadamente un segundo en 30 millones de años, según el trabajo de la Universidad Tecnológica de Viena.

¿Para qué sirve un reloj nuclear si ya existen los atómicos?

Su interés principal no es dar la hora, sino medir con altísima precisión las frecuencias de las transiciones nucleares y buscar desviaciones respecto a lo que predicen las teorías físicas.

¿Cuándo sustituirán a los relojes atómicos?

No hay fecha. Los autores lo presentan como una primera prueba de concepto y subrayan el potencial de mejora futura; hoy los relojes atómicos siguen siendo más precisos.

Con información de feeds.elpais.com.

Imagen de referencia, no corresponde a los hechos narrados. Business Technology — Maliha Mannan / Wikimedia Commons (CC0 1.0)