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Los científicos construirán el reloj más preciso del universo.
Un avance revolucionario en la cronometraje podría estar en el horizonte a medida que los científicos exploran el reloj óptico nuclear de torio-229. Esta innovación podría superar a los relojes atómicos actuales. Al manipular los estados cuánticos nucleares con láseres, los investigadores están ampliando los límites de la precisión y la estabilidad de la medición del tiempo. Si bien este proceso ha abarcado varias décadas y aún persisten importantes obstáculos técnicos, recientes hitos experimentales han acercado este reloj futurista a la realidad. De tener éxito, transformará nuestra comprensión del tiempo y del universo mismo. Desafiando los límites del tiempo. En un artículo de perspectiva publicado recientemente en National Science Review, el Dr. Tong Xin, de la Academia de Innovación para la Ciencia y Tecnología de la Medición de Precisión de la Academia China de Ciencias, y sus colegas exploraron el emocionante potencial y los importantes desafíos del desarrollo de un reloj óptico nuclear basado en torio-229 (229Th). El tiempo y la frecuencia son magnitudes físicas que pueden medirse con la máxima precisión en física. Hoy en día, los relojes atómicos, especialmente los ópticos atómicos, establecen el estándar de precisión. Pero el reloj óptico nuclear 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 mediante láseres. Esto permite a los científicos manipular directamente los estados cuánticos nucleares. Dado que el núcleo atómico es mucho más pequeño que el átomo, se ve mucho menos afectado por las influencias externas. Sus estados cuánticos también están bien separados, y los electrones circundantes ayudan a protegerlo de la interferencia electromagnética. Estas características hacen del reloj óptico nuclear de torio-229 un candidato prometedor para lograr una precisión de cronometraje sin precedentes. Esta investigación comenzó hace medio siglo. Los científicos identificaron por primera vez el estado nuclear excitado de baja altitud del 229Th, sentando las bases para estudios posteriores. Desde entonces, se han producido hitos importantes. En 2024, se logró la excitación láser directa de la transición nuclear del 229Th. Diferentes equipos de investigación de la Universidad Tecnológica de Viena (TU), la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y el Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratorio (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 actuales en el desarrollo de relojes nucleares A pesar de estos logros notables, aún quedan 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 ancho de línea estrecho, la comprensión incompleta de los mecanismos de interacción y la falta de operación en bucle cerrado son obstáculos importantes. Sin embargo, es crucial superar estos desafíos. La realización exitosa del reloj nuclear de torio revolucionará la cronometración y abrirá nuevas fronteras para la investigación de la física fundamental. Podría conducir a un cambio de paradigma en los sistemas de relojes ópticos, de depender de transiciones electrónicas a depender de transiciones nucleares, y proporcionar una comprensión más profunda de las leyes fundamentales del universo.
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