Una investigación internacional ha dado un paso decisivo hacia una nueva generación de relojes atómicos. Mediante el uso de transiciones nucleares, en lugar de electrónicas, en el escandio atómico, los investigadores de la instalación europea de láser de electrones libres de rayos X han logrado un avance que algunos creen que conducirá a un aumento de mil veces en la precisión del cronometraje. Los resultados se publican en la revista Nature.
Los relojes atómicos tienen numerosas aplicaciones que se benefician de una mayor precisión, como el posicionamiento preciso mediante la navegación por satélite.
Los relojes atómicos son actualmente los cronometradores más precisos del mundo. Estos relojes han utilizado las transiciones de energía de los electrones en la capa atómica de elementos químicos, como el cesio, para definir el tiempo. Estos electrones pueden elevarse a un nivel de energía más alto con microondas de una frecuencia conocida. En el proceso, absorben la radiación de microondas.
Un reloj atómico ilumina las microondas en los átomos de cesio y regula la frecuencia de la radiación de tal manera que se maximiza la absorción de las microondas; Los expertos llaman a esto una resonancia. El oscilador de cuarzo que genera las microondas se puede mantener tan estable de esta manera que los relojes de cesio tienen una precisión de un segundo durante 300 millones de años.
Crucial para la precisión de un reloj atómico es el ancho de la resonancia utilizada. Los relojes atómicos actuales de cesio ya utilizan una resonancia muy estrecha, y se están obteniendo resultados aún más precisos utilizando redes de estroncio. Con la esperanza de dar un salto adelante, equipos de todo el mundo han estado trabajando durante varios años en el concepto de un reloj «nuclear», que utiliza transiciones en el núcleo atómico en lugar de en las capas de electrones del átomo. Las resonancias nucleares son mucho más nítidas que las resonancias de los electrones, pero también mucho más difíciles de excitar.
El equipo ahora podría impulsar una transición prometedora en el núcleo del elemento escandio, que está fácilmente disponible como una lámina metálica de alta pureza o como el compuesto dióxido de escandio.
«El avance en la excitación resonante del escandio y la medición precisa de su energía abre nuevas vías no solo para los relojes nucleares, sino también para la espectroscopia de ultra alta precisión y la medición de precisión de los efectos físicos fundamentales», dice Yuri Shvydko del Laboratorio Nacional Argonne.
