✨︎ Resumen (TL;DR):
- TU Wien, PTB y Tsinghua University presentaron prototipos que estabilizan un láser mediante núcleos de torio-229.
- El equipo chino reportó una inestabilidad fraccional de 5 × 10⁻¹³/√(τ/s), frente a 3 × 10⁻¹²/√(τ/s) del europeo.
- El reloj europeo ya se comparó con un reloj de iterbio para buscar variaciones asociadas con modelos de materia oscura ultraligera.
Equipos de TU Wien, en Austria, del instituto alemán de metrología PTB y de Tsinghua University, en Beijing, presentaron los primeros relojes nucleares operativos. Estos prototipos usan núcleos de torio-229 para estabilizar un láser. Todavía no superan a los mejores relojes atómicos ópticos, pero el sistema europeo ya permitió buscar señales de materia oscura ultraligera y establecer límites a posibles cambios en constantes fundamentales.
Los dos trabajos aparecieron en Nature el 7 de octubre de 2026, después de que sus versiones preliminares se difundieran en junio. El proyecto europeo reunió a TU Wien y PTB, con Thorsten Schumm y Ekkehard Peik. El equipo de Beijing estuvo encabezado por Shiqian Ding, de Tsinghua University.
Un reloj nuclear es un dispositivo de medición del tiempo que usa un cambio entre estados del núcleo para estabilizar la frecuencia de un láser. Los relojes atómicos convencionales toman como referencia cambios de energía de los electrones; estos prototipos usan un cambio dentro del núcleo.
La retroalimentación corrige el láser
En septiembre de 2024, el NIST, el instituto estadounidense de estándares y tecnología, anunció una demostración de los componentes esenciales de un reloj nuclear. Aquel experimento midió una transición del torio y la comparó con un reloj atómico, pero el instituto aclaró que todavía faltaba un dispositivo plenamente operativo.
Los nuevos sistemas incorporan la retroalimentación necesaria para que la referencia nuclear controle el láser. Ambos usan torio-229 dentro de cristales de fluoruro de calcio y luz ultravioleta de unos 148 nanómetros de longitud de onda.
El torio-229 permite estudiar esta transición con láseres ultravioleta, a diferencia de la mayoría de los núcleos, cuyos saltos energéticos requieren radiación de mayor energía. Los núcleos absorben luz cuando la frecuencia del láser es la adecuada. Si el láser se desvía, cambia la absorción y el sistema ajusta su frecuencia.
Con ese mecanismo, la referencia nuclear permanece activa durante la operación, en lugar de limitarse a medirse una sola vez.
Dos prototipos con rendimientos distintos
TU Wien comunicó que su dispositivo mantuvo la operación durante más de 24 horas sin intervención. Para comparar el desempeño, los manuscritos usan la inestabilidad fraccional, una medida de las fluctuaciones de frecuencia respecto de la frecuencia nominal del reloj.
El manuscrito europeo reportó 3 × 10⁻¹²/√(τ/s), mientras que el chino alcanzó 5 × 10⁻¹³/√(τ/s). La letra τ representa el tiempo de promedio, expresado en segundos. Al comparar ambos coeficientes, el valor del prototipo de Beijing resulta seis veces menor, dentro de los regímenes descritos por cada estudio.
Esta comparación describe estabilidad estadística. La exactitud también exige evaluar desplazamientos de frecuencia causados por el entorno y la reproducibilidad entre mediciones. Por eso, las cifras deben leerse junto con las condiciones experimentales, no como un error fijo que se acumule durante millones de años.
El equipo chino comprobó además la reproducibilidad entre dos cristales fabricados de forma independiente. Midió una diferencia relativa de frecuencia de aproximadamente 2.8 × 10⁻¹³ entre ambos.
La prueba con materia oscura ultraligera
El equipo europeo comparó su reloj nuclear con uno atómico basado en un ion de iterbio. Buscó variaciones en escalas temporales de 20 segundos a un día, asociadas en ciertos modelos de materia oscura ultraligera con cambios en constantes fundamentales.
La búsqueda no detectó materia oscura, pero estableció límites a esas interacciones. Según el trabajo europeo, algunos límites relacionados con la interacción fuerte, que mantiene unidos los componentes del núcleo, superan los obtenidos previamente mediante comparaciones de relojes.
El uso de una referencia nuclear permite investigar efectos ante posibles cambios en la interacción fuerte que las referencias electrónicas captan con menor sensibilidad. Los prototipos todavía no reemplazan a los mejores relojes atómicos ópticos, pero el reloj europeo ya demostró una utilidad distinta: probar modelos de materia oscura ultraligera con una referencia sensible a la física del núcleo.
