El reloj nuclear de torio avanza con un susurro de luz exprés
Un rayo láser tan tenue como un susurro de luz ha llevado un núcleo de torio-229 a un estado de mayor energía. La mayoría de los núcleos necesitan una explosión de energía, pero el torio-229 tiene una brecha energética tan pequeña que incluso este suave empujón funciona. En lugar de esperar a que el núcleo emitiera luz, los científicos usaron espectroscopia de absorción —midiendo la fracción del susurro absorbida, obteniendo una señal rápida y limpia. Colocaron el torio en un cristal de fluoruro de calcio, en un punto tan silencioso que el zumbido del cristal era casi inaudible.
Un reloj basado en esto podría ser tan estable que perdería menos de un segundo en toda la edad del universo. Podría revelar si el modelo estándar, el libro de reglas de las fuerzas fundamentales, alguna vez se desvía. ¿Y la potencia del láser? El breve destello de una luciérnaga lo eclipsa con creces.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2604.16640
A low-energy nuclear transition in the isotope thorium-229 has been excited in thorium-doped crystals with laser light. This opens the perspective towards a highly stable and robust solid-state optical nuclear clock. The required laser radiation at 148 nm wavelength has so far been produced using pulsed laser systems where only a small fraction of the incident photons has been resonant with the narrow nuclear transition. Here we show that the nuclear resonance can be excited with a continuous-wave narrow-bandwidth laser source with a power of less than 1 nW, and that the resonance signal can be detected in absorption rather than in fluorescence. This eliminates the slow nuclear fluorescence decay from the detection process and offers a considerable advantage for clock operation through fast signal acquisition. The VUV laser source is based on three sequential frequency doublings, starting from a diode laser at 1187 nm that is well suited for linewidth narrowing and for frequency comparisons with optical atomic clocks. We use absorption spectroscopy for the quantitative characterization of two different Th-centers in calcium fluoride crystal and measure the isomeric shift between them. One of the centers shows a very small static electric crystal field gradient 0.1 V/$$\r{A}^2$$, to be compared to gradients in the range of 100 V/$$\r{A}^2$$ observed earlier. This indicates a center with high symmetry of the ions surrounding the Th nucleus, promising nuclear resonance lines that are nearly independent of the lattice spacing.
El torio-229 es el único núcleo que responde a un susurro de luz tan tenue: su energía de excitación es de apenas 8 electronvoltios, comparado con los millones que requieren otros núcleos. Es la diferencia entre un suspiro suave y un trueno.