Relojes nucleares: el tictac del núcleo en busca de la materia oscura ⚡ экспресс
Se han implementado relojes nucleares basados en el isótopo torio-229, donde un láser se estabiliza mediante una transición nuclear (cambio de nivel energético del núcleo) a una longitud de onda de 148 nm. Los núcleos de torio están incrustados en un cristal de fluoruro de calcio a temperatura ambiente. La estabilidad de frecuencia del reloj está limitada por el ruido de disparo y alcanza 10^{-15} por día. Con su ayuda, se limitaron los parámetros de la materia oscura ultraligera, compitiendo con los mejores relojes atómicos. Así como los terremotos revelan la estructura interna de la Tierra, las fluctuaciones del ‘tic-tac’ nuclear pueden revelar la presencia de materia invisible.
Los relojes más precisos de hoy miden el tiempo a partir de las oscilaciones de los electrones en los átomos. Pero su marcha puede alterarse, como un resorte de un reloj mecánico se desajusta con los golpes. Los físicos han encontrado un péndulo más fiable: el núcleo atómico. Tomaron el núcleo de torio-229, lo colocaron en un cristal y lo hicieron oscilar iluminándolo con un láser de una frecuencia muy precisa. Esta técnica se llama espectroscopia, que en esencia consiste en buscar el ritmo exacto para que el péndulo «oscile». Y el núcleo respondió: oscila 2000 billones de veces por segundo, un millón de veces más rápido que el cuarzo de un teléfono inteligente.
La precisión es asombrosa: en un día, el error es de una milmillonésima de milmillonésima de segundo. Un reloj así solo se retrasaría un segundo en 30 mil millones de años. Pero lo más importante es que este péndulo es extraordinariamente sensible a cualquier «soplo» externo, como las partículas de materia oscura que pasan. Los científicos buscaron sus huellas: empujones periódicos o un cambio gradual de la frecuencia. No encontraron nada, pero esto también es un resultado: ahora sabemos con qué intensidad puede la materia oscura interactuar con los núcleos atómicos ordinarios.
En el futuro, la precisión de estos relojes de estado sólido aumentará muchas veces. Comprobarán si las constantes fundamentales del modelo estándar son realmente invariables, y quizás detecten que el tiempo transcurre de manera diferente a distintas altitudes, tal como predice la teoría de Einstein. Por ahora, su principal tarea es captar la «sombra» de la materia oscura.
🎯 La transición en el núcleo de torio-229 es la única en el Universo que se puede «capturar» con láseres de la tecnología actual. Por eso fue elegido para los primeros relojes nucleares.