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Presentación
Los científicos construirán el reloj más preciso del universo.
Un avance revolucionario en la medición del tiempo podría estar en el horizonte, ya que los científicos exploran el reloj nuclear óptico de torio-229, y esta innovación podría superar los relojes atómicos actuales. Al manipular estados cuánticos nucleares con láseres, los investigadores están ampliando los límites de la precisión y estabilidad de la medición del tiempo. Aunque este viaje ha abarcado varias décadas y aún persisten importantes obstáculos técnicos, hitos experimentales recientes han acercado este reloj futurista a la realidad. Si tiene éxito, redefinirá nuestra comprensión del tiempo y del universo mismo. Desafiando los límites del tiempo En un artículo de perspectiva publicado recientemente en la National Science Review, el Dr. Tong Xin de la Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology de la Chinese Academy of Sciences y sus colegas exploraron el emocionante potencial y los desafíos significativos de desarrollar un reloj nuclear óptico basado en torio-229 (229Th). El tiempo y la frecuencia son cantidades físicas que pueden medirse con la mayor precisión en física. Hoy en día, los relojes atómicos, especialmente los relojes ópticos atómicos, establecen el estándar de precisión. Pero el reloj nuclear óptico de torio-229 podría mejorar aún más esa precisión. La ventaja cuántica de los relojes nucleares Lo que hace extraordinario al torio-229 es que es el único nucleido conocido cuyo nivel de energía nuclear es lo suficientemente bajo como para ser accesible por láseres. Esto permite a los científicos manipular directamente los estados cuánticos nucleares. Dado que el núcleo atómico es mucho más pequeño que el átomo, está mucho menos afectado por influencias externas. Sus estados cuánticos también están bien separados, y los electrones circundantes ayudan a protegerlo de interferencias electromagnéticas. Estas características convierten al reloj nuclear óptico de torio-229 en un candidato prometedor para lograr una precisión sin precedentes en la medición del tiempo. Esta investigación comenzó hace medio siglo. Los científicos identificaron por primera vez el estado nuclear excitado de baja energía del 229Th, sentando las bases para estudios posteriores. Desde entonces, han surgido hitos importantes. En 2024, se logró la excitación láser directa de la transición nuclear del 229Th. Diferentes equipos de investigación de la Vienna University of Technology (TU), la University of California, Los Angeles (UCLA) y el Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) realizaron experimentos utilizando diversos materiales como cristales dopados y películas delgadas. Estos experimentos han mejorado gradualmente la comprensión y las capacidades de medición de las transiciones nucleares. Desafíos continuos en el desarrollo de relojes nucleares A pesar de estos logros notables, persisten muchos desafíos. Las transiciones nucleares en entornos de estado sólido son muy sensibles a los cambios relacionados con la temperatura. La escasez del isótopo 229Th, la dificultad para desarrollar láseres específicos de alta potencia y línea estrecha, la comprensión incompleta de los mecanismos de interacción y la falta de operación en bucle cerrado son todos obstáculos importantes. Sin embargo, es crucial superar estos desafíos. La realización exitosa del reloj nuclear de torio revolucionará la medición del tiempo y abrirá nuevas fronteras para la investigación en física fundamental. Podría conducir a un cambio de paradigma en los sistemas de relojes ópticos, desde depender de transiciones electrónicas hasta depender de transiciones nucleares, y proporcionar una comprensión más profunda de las leyes fundamentales del universo.
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