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Towards a nuclear clock with Thorium-229

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Llegó la hora del mejor reloj del mundo

A lo largo de la historia, la humanidad ha querido medir el tiempo con la mayor precisión posible. Una iniciativa de la Unión Europea se inspiró en este anhelo para crear un reloj científico mucho más preciso que los mejores relojes en funcionamiento en algunos de los laboratorios más punteros del mundo.

ECONOMÍA DIGITAL

© K. Beeks

Los mejores relojes atómicos actuales tan solo pierden un segundo en 30 000 millones de años, lo que los convierte en los dispositivos de medición más precisos jamás construidos. Los relojes atómicos de gran precisión a bordo de los satélites de navegación proporcionan las señales del sistema de posicionamiento global que utilizamos a diario, pero son extremadamente delicados y solo pueden manipularse en laboratorios especializados.

Cuantificación del tiempo con la mayor precisión posible

«Para aumentar aún más la precisión de posicionamiento hasta un centímetro, necesitamos relojes mucho más precisos pero, al mismo tiempo, lo suficientemente pequeños y robustos para ser útiles en aplicaciones de campo», comenta el profesor Thorsten Schumm, coordinador del proyecto financiado con fondos europeos nuClock. Los científicos han propuesto un enfoque conceptualmente nuevo, que reemplaza las transiciones electrónicas utilizadas comúnmente en los relojes atómicos por una transición nuclear muy especial en un átomo denominado torio-229. En este contexto, en lugar de usar los electrones de un átomo, usaron el núcleo del torio-229 para lograr una mayor precisión. «Este reloj nuclear podría superar a los relojes atómicos existentes en términos de precisión, pero también es intrínsecamente más robusto contra las perturbaciones». Una de las principales razones detrás del concepto de reloj nuclear era que, en último término, podría realizarse en una versión de estado sólido, lo que ofrece enormes ventajas como robustez, menor huella medioambiental y producción en serie. El equipo de nuClock corroboró que la energía de transición del reloj nuclear es de hecho compatible con este enfoque. Los socios del proyecto demostraron que el reloj nuclear es factible y está al alcance de la mano. En concreto, determinaron la energía de transición del torio-229 que se utilizará tanto para el reloj como para una amplia gama de otros parámetros nucleares previamente desconocidos. Además, desarrollaron el sistema láser necesario en el rango de la radiación ultravioleta de vacío que, gracias a nuClock, ya está disponible en el mercado.

Llegó el momento de que los relojes nucleares superen a los relojes atómicos existentes

Hasta la aparición de nuClock, «este ámbito de estudio nunca no había experimentado un esfuerzo coordinado de este tipo, ya que los equipos de investigación trabajaban de manera aislada y no existía una verdadera comunidad», explica el profesor Schumm. El proyecto se benefició de las técnicas e infraestructura de los socios, incluido el acceso a instalaciones de investigación a gran escala, de detectores punteros en el mundo que nunca antes se habían utilizado en un contexto de este tipo y de un desarrollo láser estándar en la industria. El torio-229, el material clave del reloj nuclear, es extremadamente escaso, ya que apenas existen unos pocos miligramos en toda la Tierra. Por ello, fue necesaria una estrecha colaboración en aras de coordinar y poner en común la adquisición y el procesamiento de este material. Tales esfuerzos condujeron finalmente a una reducción de los costes. El profesor Schumm añade: «Aún tienen que pasar varios años hasta que el reloj nuclear sea un producto comercial. Con todo, en lo que respecta a los coches o trenes de mercancías autónomos, estamos hablando de su posicionamiento terrestre a un nivel de centímetros o menor. En general, un sistema de posicionamiento significativamente mejorado tendrá muchas aplicaciones». Y concluye: «nuClock ha posicionado a Europa como el actor principal en el ámbito de los relojes nucleares. Ahora la tarea consiste en que siga siendo así y estar por delante de nuestros competidores».

Palabras clave

nuClock, reloj, reloj nuclear, tiempo, reloj atómico, torio-229, sistema de posicionamiento

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 664732

Estado

Proyecto cerrado

  • Fecha de inicio

    1 Junio 2015

  • Fecha de finalización

    31 Mayo 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.1.2.1.

  • Presupuesto general:

    € 3 970 327,50

  • Aportación de la UE

    € 3 970 327,50

Coordinado por:

TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN