El núcleo de un átomo es ahora la versión moderna de la arena que fluye a través de un reloj de arena.
Los investigadores han pasado 15 años intentando aumentar la precisión en el cronometraje. Estándar estadounidense Actualmente depende de un isótopo metálico llamado cesio-133. Pero el cesio reloj atómicocuyo error temporal es de aproximadamente un segundo en unos impresionantes 100 millones de años, ahora ha sido superado.
“Imagínese un reloj de pulsera que no perdiera ni un segundo aunque lo dejara funcionando durante miles de millones de años”, dijo el físico. Jun Yelíder del equipo de investigación de JILA, un instituto conjunto del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado en Boulder, dijo en un comunicado. JILA es el hogar de uno de los dos equipos involucrados en la nueva investigación, publicado Miércoles en la revista Nature.
El tic tac hace el reloj
Desde las sombras que proyectan los relojes de sol hasta los péndulos oscilantes de los relojes de pie y el tictac que emite el cuarzo de los relojes de pulsera, los seres humanos han ido descubriendo formas cada vez más precisas de contar el tiempo. En esencia, todas ellas se basan en un ritmo. La precisión se obtiene midiendo tasas de cambio breves y constantes.
Medir la rotación de la Tierra alrededor del Sol puede ayudarnos a saber la hora, pero no es una medida perfecta. La Tierra se tambalea sobre su eje, describe una órbita irregular alrededor del Sol y un año no se divide en días de 24 horas (de ahí los años bisiestos). Los péndulos son estables, pero pueden ralentizarse en climas más cálidos. Por eso, los humanos buscaron algo más. Y a mediados del siglo XX nació la idea del reloj atómico.
El reloj atómico que se utiliza en la cronometría moderna utiliza láseres para manipular átomos de cesio-133 a lo largo de un eje helado. Luego, las microondas inciden en un haz apiñado de estos átomos y activan sus electrones más externos. Un dispositivo mide su frecuencia. Este valor es un dígito de billones de longitud frecuencia por segundo. Por lo tanto, es una vara de medir de gran precisión para medir el tiempo. Mucho más refinada que verter arena.
El reloj atómico se vuelve nuclear
Cuando un láser incide sobre un chorro de gas, genera luz ultravioleta. Es la base del futuro reloj nuclear que medirá con precisión la energía necesaria para excitar el núcleo de torio-229.
Pero hay algo más preciso que los electrones del cesio-133: las partículas subatómicas del núcleo del torio-229, un isótopo radiactivo del metal torio. Los investigadores encontraron una forma de utilizarlo para medir el tiempo.
“Se trata de captar las resonancias naturales dentro del átomo. Así que, en esencia, es una especie de número universal”. Chuankun Zhangun estudiante de posgrado de la Universidad de Colorado en Boulder que colaboró en el proyecto como parte de JILA, le dice a Inverse.
Por primera vez, los investigadores han medido directamente la frecuencia del láser necesaria para provocar que el núcleo de torio se organice de una forma diferente, también conocida como nuevo estado interno.
“Esto nos permite investigar detalles del núcleo, como su cambio de forma cuando pasa de un estado cuántico a otro, con una precisión que nunca antes había sido accesible en la física nuclear”. Thorsten Schummlíder del otro equipo que trabajó en este proyecto de la Universidad Tecnológica de Viena en Austria (TU Wien), le dice a Inverse vía correo electrónico.
Lo que nos espera
La ventaja de un buen reloj es que hay muy poco margen de error al contar. Pero, además, el reloj nuclear también es bueno por otras razones.
El reloj nuclear podría ser más sensible a cómo la materia oscura, por ejemplo, afecta a la materia visible en el universo. También podría verificar si las constantes de la naturaleza son realmente constantes. Se podrían verificar las teorías de la física de partículas y podrían surgir nuevos descubrimientos.
La tecnología de un reloj nuclear ya está probada, pero todavía se está perfeccionando. Zhang y Schumm afirmaron que este nuevo reloj nuclear podría estar listo en uno o dos años.
