Físicos de la UCLA han ideado un método sencillo para crear relojes nucleares ultraprecisos con cantidades mínimas de escaso torio, tomando prestada una técnica de la joyería. Al electrochapar torio sobre acero, el equipo obtuvo resultados comparables a años de fabricación compleja de cristales, pero con 1.000 veces menos material. Este avance podría permitir un mantenimiento horario fiable en entornos sin GPS, como el espacio profundo y submarinos.
El año pasado, un equipo liderado por la UCLA marcó el fin de una búsqueda de medio siglo al controlar con éxito la absorción y liberación de fotones por núcleos radiactivos de torio-229, un hito propuesto por primera vez en 2008. Este avance allana el camino para relojes nucleares mucho más precisos que los atómicos, con potencial para revolucionar la navegación, las comunicaciones y las pruebas de constantes fundamentales de la física. Sin embargo, la escasez de torio-229 —limitado a unos 40 gramos en todo el mundo provenientes de uranio de grado armamentístico— representaba un gran obstáculo. Los experimentos tradicionales dependían de cristales de fluoruro dopados con torio, que tardaron 15 años en desarrollarse y requerían al menos 1 miligramo de torio por lote. «Los cristales son realmente difíciles de fabricar. Tarda una eternidad y la menor cantidad de torio que podemos usar es 1 miligramo, que es mucho cuando solo hay 40 gramos disponibles», dijo Ricky Elwell, investigador postdoctoral de la UCLA y primer autor del trabajo anterior. En un nuevo estudio publicado en Nature, el equipo internacional de Eric Hudson superó esto al electrochapar una fina capa de torio sobre acero inoxidable, una técnica del siglo XIX utilizada para recubrir metales como el oro sobre materiales base. Este enfoque utiliza solo una milésima parte del torio y produce un producto duradero. «Nos tomó cinco años averiguar cómo cultivar los cristales de fluoruro y ahora hemos descubierto cómo obtener los mismos resultados con una de las técnicas industriales más antiguas y usando 1.000 veces menos torio», explicó Hudson. La idea clave desafió una suposición fundamental: los núcleos de torio pueden excitarse en materiales opacos, con las emisiones detectadas como electrones a través de corriente eléctrica en lugar de fotones mediante transparencia. «Todos habían asumido siempre que para excitar y observar la transición nuclear, el torio necesitaba estar incrustado en un material transparente a la luz... En este trabajo, mostramos que simplemente no es cierto», señaló Hudson. Tales relojes podrían mejorar las redes eléctricas, las redes celulares y los satélites GPS, al tiempo que proporcionarían navegación independiente de GPS para submarinos —donde los relojes atómicos actuales se desvían, requiriendo emerger— y misiones al espacio profundo. «Los relojes nucleares de torio también podrían revolucionar las mediciones de física fundamental... y podrían ser útiles para establecer una escala temporal a nivel del sistema solar», dijo Eric Burt del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Makan Mohageg de Boeing añadió que el método podría reducir costos para mantenimiento horario compacto y estable en aeronáutica. La investigación, financiada por la National Science Foundation, contó con colaboradores de la University of Manchester, University of Nevada Reno, Los Alamos National Laboratory e instituciones europeas.
