Los relojes son mucho más que instrumentos para medir el paso del tiempo. tiempohijo herramientas fundamentales para la tecnología moderna. La extrema precisión de los relojes atómicos ha permitido la sincronización de redes globales, la navegación GPS y experimentos en física fundamental. Ahora, el relojes nucleares Prometen superar estas capacidades, ofreciendo no sólo una mayor estabilidad sino también nuevas aplicaciones científicas.
Un estudio reciente, publicado en Naturalezaha marcado un hito en la fabricación de estos relojes revolucionarios. Un equipo dirigido por Chuankun Zhang y Eric Hudson ha demostrado cómo crear capas ultrafinas de fluoruro de torio-229 (229ThF4 ) mediante deposición física de vapor, reduciendo el material necesario y haciendo posibles diseños portátiles. Este avance pone al alcance de la mano un tipo de reloj que podría redefinir la medición del tiempo y abrir puertas a nuevas investigaciones en física y cosmología.
Aunque los relojes nucleares y atómicos comparten el objetivo de medir el tiempo con extrema precisión, difieren significativamente en su funcionamiento.
Estas diferencias hacen que los relojes nucleares una herramienta complementariacon un enorme potencial para la ciencia y la tecnología.
El torio-229 tiene una característica única: una transición nuclear de baja energíade aproximadamente 8,4 eVque puede ser excitado por láseres ultravioleta. Esto lo convierte en el único núcleo conocido capaz de utilizarse en un reloj nuclear.
Sin embargo, su uso plantea obstáculos importantes. En el mundo hay sólo unos pocos. 40 gramos disponibles de este material, lo que ha limitado su uso en experimentos. Tradicionalmente se utilizaban cristales dopados con torio-229, pero este método consume grandes cantidades de material y genera estructuras no uniformes.
El equipo de Zhang y Hudson ha encontrado una solución: depositar capas ultrafinas de 229ThF4 a través de deposición física de vapor (PVD)un proceso que requiere sólo microgramos de material y produce películas homogéneas. Esto no sólo reduce costos, sino que también permite diseños más compactos y manejables.
El deposición física de vapor Es un método muy utilizado en la fabricación de semiconductores. En este caso, el torio-229 se evapora de un pequeño recipiente a altas temperaturas y se condensa sobre un sustrato cristalino, como el fluoruro de magnesio (MgF).2) y óxido de aluminio (Al2oh3).
Los experimentos realizados por los investigadores lograron crear capas de entre 30 y 100 nanómetros de espesorsuficiente para observar la transición nuclear del torio-229. La vida útil del núcleo en estado excitado, aunque más corta que la de los cristales dopados (150 segundos frente a 600), sigue siendo adecuada para el funcionamiento de un reloj nuclear.
Este avance abre la posibilidad de integrar relojes nucleares en dispositivos portátiles y sistemas fotónicosun paso crucial hacia su comercialización y uso práctico.
A pesar de los avances, aún quedan problemas por resolver. Sólo el 1% de los núcleos de torio-229 En estas capas participa activamente en la transición nuclear. Esto podría deberse a defectos generados durante la deposición de vapor, que hacen que el material sea menos eficiente. Mejorar este proceso será fundamental para aumentar la precisión y estabilidad del reloj.
Otro desafío importante es la miniaturización del láser ultravioleta necesario para excitar el núcleo. Aunque los sistemas actuales son funcionales en el laboratorio, aún no son viables para aplicaciones comerciales o portátiles.
El uso del torio-229 en relojes nucleares deja en nuestra mente ciertas dudas sobre su seguridad debido a su naturaleza radiactiva. Sin embargo, la cantidad utilizada en estos dispositivos es mínima, apenas microgramos, lo que reduce considerablemente los riesgos. Además, La radiación emitida por el torio-229 es principalmente de tipo alfa.que no pueden penetrar materiales sólidos o la piel humana. Con diseños encapsulados adecuados, los dispositivos serían seguros para el uso diario, comparables en seguridad a las tecnologías existentes que utilizan materiales radiactivos, como los detectores de humo. Problema resuelto.
Más allá de medir el tiempo con precisión, los relojes nucleares tienen profundas aplicaciones en varios campos:
Victor Flambaum, físico teórico, destaca que los relojes nucleares podrían ser clave para estudiar nuevos modelos físicos más allá del modelo estándar, gracias a la escala de la energía nuclear, millones de veces mayor que la de los relojes atómicos.
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