Reloj nuclear de Vienna: funciona, pero oscila

El 7 de octubre de 2026, dos equipos publicaron en Nature sus avances en la construcción de relojes que se mantienen sintonizados con el núcleo de un átomo mientras funcionan (artículo de Viena, artículo de Pekín). El prototipo de Viena siguió funcionando más de 24 horas sin que nadie tuviera que ajustarlo (texto completo de Viena, Pro-Physik). Ambos relojes son todavía mucho menos estables que los mejores relojes atómicos. Aportan, sin embargo, un nuevo tipo de referencia que podría revelar si las constantes fundamentales de la física cambian con el tiempo.

Imaginemos a una cantante que sostiene una nota junto a un diapasón. Si su voz se desvía, el oído detecta la diferencia y ella la corrige. Los relojes atómicos ópticos funcionan de forma parecida: un láser marca el ritmo y un salto entre niveles de energía de los electrones de un átomo hace de diapasón.

En el torio-229, el diapasón está dentro del núcleo. Cuando recibe luz ultravioleta de unos 148 nanómetros, su núcleo puede saltar entre dos estados (aviso del PTB). Ambos equipos incrustaron torio en cristales de fluoruro de calcio, un material transparente que mantiene inmovilizados los átomos. Cuando el láser alcanza la frecuencia exacta, los núcleos absorben una pequeña parte de la luz que lo atraviesa.

Ese tenue oscurecimiento hace de oído del reloj. Unos circuitos modifican ligeramente la frecuencia del láser en ambos sentidos y un detector comprueba si la luz se atenúa más hacia uno u otro lado. Así, el sistema sabe en qué dirección debe corregir la frecuencia para devolverla al centro, igual que la cantante percibe si está por encima o por debajo de la nota.

En 2024, unos investigadores demostraron que era posible excitar ese salto nuclear con un láser (artículo sobre la excitación de 2024). El nuevo avance, que contamos el miércoles (To Brief), consiste en un circuito de control que funciona de manera continua: el núcleo mantiene el láser sintonizado mientras el reloj está en marcha.

Dos laboratorios, dos formas de estabilizar el haz

Viena reparte el trabajo entre dos sistemas. Una cavidad óptica, formada por dos espejos enfrentados que atrapan la luz y reducen sus fluctuaciones, estabiliza el láser a corto plazo. Después, la señal del torio corrige las desviaciones lentas que la cavidad no puede compensar por sí sola (TU Wien). TU Wien cultivó el cristal, mientras que el instituto alemán de metrología PTB construyó el láser ultravioleta junto con el Max Born Institute de Berlín (grupo de investigación del PTB).

El equipo de Pekín, dirigido por Tsinghua University (Tsinghua), registró un coeficiente de inestabilidad menor que el de Viena. Esta medida refleja cuánto fluctúa la frecuencia de un reloj durante periodos breves de promediado; cuanto menor es, mejor. El resultado de Pekín fue de 5 × 10⁻¹³ (Science Media Centre), frente a los 3 × 10⁻¹² de Viena (texto completo de Viena).

El equipo de Pekín también comparó dos cristales cultivados por separado y halló que sus frecuencias solo diferían en 2,8 × 10⁻¹³ en términos relativos (artículo de Pekín). Dos diapasones fabricados en talleres distintos dieron casi la misma nota. Es una primera señal de que la referencia nuclear se puede reproducir.

Todavía muy por detrás de los relojes atómicos

Frente a los mejores relojes basados en transiciones electrónicas, los dos prototipos aún fluctúan mucho más. La inestabilidad del reloj de Viena es unas 8.600 veces mayor que la de un reloj de iones de aluminio de NIST; la de Pekín, unas 1.400 veces mayor (NIST, artículo de NIST sobre el reloj de iones de aluminio).

Viena también se topó con un problema persistente del material. Al cambiar el recorrido del láser por el cristal, la frecuencia medida variaba hasta unos 1,7 kilohercios, un cambio que no se explica por el ruido de las mediciones y que probablemente se debe a tensiones e imperfecciones del cristal (texto completo de Viena). Queda por comprobar si un cultivo más cuidadoso de los cristales y un control más preciso del punto por el que pasa el haz reducen esa variación.

¿Por qué insistir en un reloj que está tan lejos de los mejores? La comparación entre dos relojes basados en fenómenos físicos distintos permite usarlos como detector. Viena hizo funcionar el suyo junto a un reloj de iones de iterbio de la Oficina Federal de Metrología de Austria, BEV, que servía como referencia externa y no intervenía en el circuito de control. El equipo sostiene que, si cambiaran las constantes de la naturaleza, la transición nuclear reaccionaría de forma distinta a las transiciones electrónicas (artículo de Viena).

Algunos modelos de materia oscura predicen precisamente ese tipo de cambio, que se manifestaría como una oscilación lenta y rítmica. Viena buscó esas oscilaciones en la comparación entre los relojes, pero ninguna superó el umbral de detección. El resultado fija límites máximos a la intensidad de esos efectos; no constituye un descubrimiento.

El segundo oficial sigue definido a partir de los átomos de cesio, y estos prototipos no alteran esa definición (BIPM). Viena ha demostrado que un núcleo puede mantener un láser sintonizado durante un día entero; Pekín, que dos cristales pueden dar frecuencias muy parecidas. Ahora, quienes cultivan los cristales y construyen los láseres tendrán que conseguir que la nota nuclear suene igual de una muestra a otra para convertir estos avances en una herramienta más precisa para estudiar las leyes de la física.