Como los relojeros que eligen materiales superiores para construir un reloj fino, Los físicos del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) de la Universidad Nacional de Singapur han señalado un átomo que podría permitirles construir mejores relojes atómicos. El informe del equipo de CQT en Comunicaciones de la naturaleza que un elemento previamente descuidado, el lutecio, podría mejorar los mejores relojes de hoy. El lutecio (Lu) es un elemento de tierras raras con número atómico 71.

"El rendimiento final de un reloj se reduce a las propiedades del átomo:cuán insensible es el átomo a su entorno. Yo llamaría lutecio superior en su clase, "dice Murray Barrett, quien dirigió la investigación. Datos en el documento del equipo, publicado el 25 de abril en Comunicaciones de la naturaleza , muestra que el lutecio tiene menor sensibilidad a la temperatura que los átomos que se utilizan en los relojes de hoy. Estas mediciones se suman a resultados anteriores que muestran que podría ser la base de un reloj de alto rendimiento.

Los relojes atómicos han establecido el estándar mundial para medir el tiempo durante más de medio siglo. Pero dado que el segundo se definió con referencia a los átomos de cesio en la década de 1960, Ha habido una competencia mundial para mejorar la precisión y estabilidad de los relojes atómicos. Las señales horarias de los relojes de cesio siguen siendo compatibles con el Sistema de posicionamiento global y ayudan a sincronizar las redes de transporte y comunicación. pero átomos de muchas otras especies, como el iterbio, aluminio y estroncio, ahora compiten por hacer las mediciones más precisas del tiempo.

Estos relojes de próxima generación, con incertidumbres de alrededor de una parte en mil millones de billones, están demostrando su valía al probar la física fundamental, desde las mediciones de la gravedad hasta la búsqueda de desviaciones en las constantes fundamentales. El 'tic' de un reloj atómico no proviene directamente del átomo, sino de la oscilación de una onda luminosa. La frecuencia de oscilación se fija bloqueándola a la frecuencia de resonancia del átomo. En la práctica, esto significa que un láser está sintonizado para hacer que uno de los electrones del átomo salte de un nivel de energía bajo a un nivel de energía más alto. La cantidad de energía que toma este salto es una propiedad fija del átomo. La frecuencia del láser se adapta para entregar la cantidad justa de energía en una sola partícula de luz (un fotón). Una vez que se encuentra este punto óptimo, el reloj cuenta el tiempo midiendo las oscilaciones de la onda luminosa.

Los relojes de cesio funcionan a la frecuencia de microondas, o exactamente a las 9, 192, 631, 770 tics por segundo. La generación más reciente de relojes atómicos funciona con frecuencias ópticas, que marcan unos 10, 000 veces más rápido. El conteo del tiempo en incrementos más pequeños permite una medición más precisa.

El lutecio también funcionará en frecuencias ópticas, pero hacer buenos relojes es más que un tic rápido; esos tictac también deben mantenerse estables en el tiempo. Aquí es donde puede brillar el lutecio.

Una fuente de inexactitud en la frecuencia del reloj es la sensibilidad a la temperatura del entorno que rodea al átomo. Barrett y sus colegas acaban de medir la fuerza de este 'cambio de radiación del cuerpo negro' para las transiciones de reloj en lutecio. El esfuerzo de seis meses, que implica un láser de alta potencia como los que se utilizan para el corte industrial, dio un resultado para el cambio de radiación del cuerpo negro para una transición de nivel de energía que está más cerca de cero que para cualquier reloj atómico óptico establecido.

"Hemos demostrado definitivamente que el lutecio es el menos sensible a la temperatura de todos los relojes atómicos establecidos, "dice el primer autor Kyle Arnold. Eso no solo hará que un reloj de laboratorio sea más preciso, pero también hacer que los relojes que salen de los laboratorios sean más prácticos, permitiéndoles operar en una gama más amplia de entornos.

En artículos anteriores, el equipo ha informado de otras propiedades del lutecio relevantes para la construcción de relojes, descubriendo que pueden competir con los mejores átomos de reloj de la actualidad. "Si puedes construir un buen reloj de iterbio, inevitablemente construirás un mejor reloj de lutecio, o al menos le resultará más fácil construir un reloj de lutecio que sea igual de bueno, "dice Barrett. Por ahora, los investigadores están trabajando en relojes con iones únicos, pero ultimamente, les gustaría hacer relojes basados ​​en celosías o redes de muchos iones. Comienzan con lutecio a granel como una lámina de metal de color blanco plateado antes de hervir algunos átomos en su aparato.

Los miembros del equipo desconocen la existencia de otros grupos que trabajen con lutecio. Una de las razones por las que no se probó el lutecio es que requería una nueva técnica, descubierto por Barrett y sus colaboradores, para cancelar ciertas fuentes de inexactitud en el reloj. Esta "técnica de promediación hiperfina" se describe en artículos anteriores. "De todos modos, no lo veo como una técnica demasiado técnica, cosa difícil de hacer, pero creo que la gente está esperando a ver cómo funciona esto, "dice Barrett.