Investigadores de Israel, Alemania y Estados Unidos trabajan en un método innovador para identificar la materia oscura mediante la medición precisa de la frecuencia de resonancia del torio-229, un elemento clave para el desarrollo de un reloj nuclear.
Durante casi un siglo, la materia oscura ha sido uno de los misterios más profundos en la física contemporánea. Aunque constituye aproximadamente el 80% de la masa del universo, su naturaleza permanece invisible y difícil de medir directamente. Se sospecha que influye en la materia visible, pero sus efectos son tan sutiles que los métodos tradicionales aún no alcanzan a detectarlos con exactitud. En este contexto, la construcción de un reloj nuclear surge como una herramienta potencial para revelar esa influencia a partir de alteraciones mínimas en la oscilación del núcleo atómico.
El torio-229 es fundamental para esta búsqueda. Se trata de un isótopo excepcional cuyo núcleo presenta una frecuencia de resonancia natural tan baja que puede ser manipulada con tecnología láser convencional. Esto lo convierte en un candidato ideal para la elaboración de un reloj nuclear que mida el tiempo mediante la oscilación del núcleo entre dos estados cuánticos, similar al péndulo de un reloj mecánico. A diferencia de los relojes atómicos actuales, basados en la oscilación de electrones, un reloj nuclear tendría una precisión mucho mayor y sería menos vulnerable a interferencias externas.
Los avances más importantes se dieron el año pasado, cuando equipos en Alemania y Estados Unidos lograron medir con una precisión sin precedentes la frecuencia de resonancia del torio-229, acercando la posibilidad real de construir este tipo de reloj. Sin embargo, aún se requiere mayor exactitud para su desarrollo completo.
La novedad radica en que estas mediciones ultra precisas podrían detectar pequeñas modificaciones en el núcleo del torio-229 causadas por la materia oscura. El modelo propuesto por el equipo liderado por el profesor Gilad Pérez del Instituto de Ciencias Weizmann plantea que, debido a la naturaleza ondulatoria de la materia oscura, esta sustancia podría alterar sutilmente la masa de los núcleos atómicos y, por ende, cambiar temporalmente el espectro de absorción de energía del torio-229. Estas desviaciones serían detectables mediante la observación detallada de todo el espectro de absorción, no solo la frecuencia principal.
El Dr. Wolfram Ratzinger y su equipo demostraron que esta técnica podría revelar efectos de la materia oscura incluso si esta es hasta 100 millones de veces más débil que la gravedad, una fuerza que, aunque tenue, es la que gobierna grandes escalas en el universo. Esto abre una ventana no explorada en la búsqueda de esta sustancia. Además, podrían determinar la masa y las propiedades específicas de las partículas de materia oscura a partir de la intensidad y la periodicidad de las desviaciones.
El reloj nuclear no solo supone un avance para la física fundamental, sino que también tiene el potencial de revolucionar múltiples campos tecnológicos, como la navegación, las comunicaciones y la gestión energética, gracias a su nivel superior de exactitud y estabilidad frente a interferencias electromagnéticas que afectan a los relojes atómicos tradicionales.
En este proyecto interdisciplinario participan destacados científicos, entre ellos la Prof. Elina Fuchs y la Dra. Fiona Kirk, expertos del Instituto Nacional de Metrología de Alemania, así como investigadores de la Universidad Leibniz de Hannover y el Departamento de Física de Partículas y Astrofísica del Instituto Weizmann.
El Consejo Europeo de Investigación apoya esta línea de investigación mediante una Beca Avanzada al grupo del profesor Pérez, lo que impulsa el perfeccionamiento en la medición y el análisis de la frecuencia de resonancia del torio-229. Aunque el desarrollo y aplicación práctica del reloj nuclear llevado al nivel necesario podría tardar años, sus implicancias para desentrañar uno de los grandes enigmas del cosmos son prometedoras.
F: gs (Physical Review X, Instituto de Ciencias Weizmann, Instituto Nacional de Metrología de Alemania)
