En un logro revolucionario, investigadores han utilizado luz láser para elevar el núcleo de un átomo de torio a un estado de energía más alto por primera vez en la historia. Este hito científico abre el camino para una nueva generación de relojes atómicos que prometen una precisión sin igual, permitiéndonos explorar las fuerzas más fundamentales del universo.
Los relojes atómicos, los dispositivos de medición del tiempo más precisos conocidos, operan bajo un principio fascinante de la física cuántica. Utilizan átomos para medir el tiempo con extrema precisión, similar a un sistema solar en miniatura donde los electrones orbitan alrededor de un núcleo. Cuando un electrón absorbe energía de un láser finamente ajustado, puede 'saltar' a un nivel de energía más alto, emitiendo un fotón al regresar a su estado original. Esta frecuencia de emisión es increíblemente estable, proporcionando una medida confiable del tiempo.
Sin embargo, los relojes atómicos tradicionales tienen limitaciones. Los electrones de los que dependen son susceptibles a interferencias externas, como campos magnéticos, que pueden alterar sutilmente sus niveles de energía y perturbar la medición del tiempo. Aquí es donde entran los relojes nucleares, que utilizarían transiciones de energía dentro del núcleo mismo, protegiéndolos de tales perturbaciones.
Históricamente, el desafío radicaba en que las diferencias de energía entre los niveles nucleares son significativamente mayores que las de los electrones, lo que dificulta el uso de láseres para estas transiciones. En la década de 1970, los científicos identificaron un isótopo particular de torio, el torio-229, que parecía estar dentro del rango que la luz láser podría estimular. Sin embargo, precisar la diferencia de energía exacta fue un obstáculo importante.
Después de décadas de investigación, los científicos finalmente han logrado observar el torio-229 realizando este salto de energía, demostrando un cambio de energía preciso de 8.35574 electronvoltios. Esto se logró utilizando técnicas sofisticadas para atrapar átomos de torio en cristales de fluoruro de calcio, creando condiciones ideales para la observación.
Este avance representa un salto adelante en nuestra capacidad para explorar los misterios del universo con una precisión sin precedentes. El dominio de las transiciones de energía de torio-229 nos acerca a una era en la que los relojes nucleares no solo medirán el tiempo, sino que también arrojarán luz sobre preguntas fundamentales sobre la energía oscura y la materia oscura.
Publicado en la revista Physical Review Letters, este estudio marca un hito significativo en la búsqueda de precisión en la medición del tiempo y nuestra comprensión del cosmos.