Un diapasón tallado en un metal perfecto vibra en una única frecuencia. Su sonido es puro, como una fórmula matemática. Pero si lo sujetas con un tornillo de banco o lo sumerges en un líquido viscoso, el tono se vuelve borroso, se llena de ruidos y pierde nitidez. Algo parecido le ocurre al núcleo de escandio-45 cuando se coloca en una red cristalina. En estado libre, la transición entre el estado fundamental y el isómero, con una energía de 12,4 keV, tiene una anchura de línea natural de solo 1,4 femtoelectronvoltios. Esto significa que la resonancia es increíblemente estrecha: su factor de calidad (la relación entre la energía de transición y la anchura de línea) alcanza $10^{19}$. Si una regla tuviera esa precisión, se podría medir la distancia de la Tierra al Sol con un error de un solo átomo.

Sin embargo, en un cristal real, el diapasón perfecto se apaga. El ensanchamiento inhomogéneo, es decir, la dispersión de frecuencias de resonancia debida a defectos, impurezas y campos locales, desdibuja la línea. Hasta ahora, nadie sabía cuánto. El experimento en European XFEL ha dado la primera respuesta cuantitativa. El láser de rayos X excitó núcleos de escandio-45 en una lámina metálica y en cristales de Sc, ScN, Sc2O3 y ScAlMgO4 a una temperatura de 20 K. Los detectores siguieron los fotones emitidos con un retraso de microsegundos a cientos de milisegundos. Un detector separado con obturador buscaba la dispersión coherente hacia adelante, es decir, la reemisión sincronizada de fotones en la misma dirección, que ocurre cuando los núcleos oscilan al unísono, como las cuerdas de una orquesta.

No hubo señal. Después de 2 milisegundos de retraso, no se observó dispersión coherente hacia adelante en ninguna configuración. Esto significa que el tiempo de decoherencia es menor que 2 ms y que el ensanchamiento inhomogéneo supera las 500 anchuras naturales. En otras palabras, el entorno cristalino desdibuja la resonancia cientos de veces más de lo que permite el límite fundamental. Las simulaciones confirmaron que, con ese ensanchamiento, la señal esperada está en el límite de sensibilidad del equipo.

Pero no todo está perdido. Por primera vez se ha logrado observar la dispersión elástica a la energía de transición de 12,4 keV con una relación señal/ruido de aproximadamente 4. A partir de la relación entre las tasas de conteo del canal elástico y de fluorescencia, se obtuvo el coeficiente de conversión interna parcial para la capa K: 390(60), que concuerda con el valor teórico de 363. Esto indica que la transición nuclear realmente se excita y se desintegra, pero la coherencia se destruye rápidamente. Antes de este trabajo, se desconocía si era posible observar la dispersión coherente hacia adelante de este isómero en un cristal. Ahora está claro: en los materiales estudiados, no, el ensanchamiento es demasiado grande.

El resultado delimita las fronteras para los futuros relojes nucleares de estado sólido. Para que el diapasón suene limpio, se necesitan cristales con simetría cúbica, un mínimo de defectos y protección contra daños por radiación. Quizás ayuden métodos de estrechamiento dinámico de la línea mediante campos de radiofrecuencia. Si se logra observar la dispersión coherente hacia adelante, se abrirá el camino hacia la espectroscopia de femtoelectronvoltios en el rango de rayos X duros y hacia la selección de matrices óptimas para relojes nucleares. Por ahora, el escandio-45 en cristales simples se asemeja a un diapasón sujeto en un tornillo de banco: su tono aún se oye, pero ha perdido la pureza.