Experimento logra que física cuántica y nuclear combinen

La “transición del torio”, que los físicos llevaban décadas buscando, se pudo lograr por primera vez con láser, lo que sugiere que la física cuántica y la nuclear pueden ser combinadas.
Durante muchos años, los científicos de todo el mundo estuvieron buscando un estado muy específico de los núcleos atómicos de torio que prometa aplicaciones tecnológicas revolucionarias. Podría utilizarse, por ejemplo, para construir un reloj nuclear que pudiera medir el tiempo con mayor precisión que los mejores relojes atómicos disponibles en la actualidad. También podría usarse para responder preguntas fundamentales completamente nuevas en física; por ejemplo, la cuestión de si las constantes de la naturaleza son realmente constantes o si cambian en el espacio y el tiempo.
Ahora esta esperanza se hizo realidad: se encontró la tan buscada transición de torio y ahora se conoce exactamente su energía. Por primera vez, fue posible utilizar un láser para transferir un núcleo atómico a un estado de mayor energía y luego seguir con precisión su regreso a su estado original.
Esto permite combinar dos áreas de la física que hasta ahora tenían poco que ver entre sí: la física cuántica clásica y la física nuclear. Un requisito previo decisivo para este éxito fue el desarrollo de cristales especiales que contienen torio.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Thorsten Schumm de TU Wien (Viena) publicó este éxito junto con un equipo del Instituto Nacional de Metrología de Braunschweig (PTB) en la revista Physical Review Letters.
La manipulación de átomos o moléculas con láseres es algo común hoy en día: si se elige exactamente la longitud de onda del láser, los átomos o moléculas pueden cambiar de un estado a otro. De esta forma se pueden medir con mucha precisión las energías de los átomos o de las moléculas. En esto se basan muchas técnicas de medición de precisión, como los relojes atómicos actuales, pero también métodos de análisis químicos.
Sin embargo, durante mucho tiempo pareció imposible aplicar estas técnicas a los núcleos atómicos. «Los núcleos atómicos también pueden cambiar entre diferentes estados cuánticos. Pero, normalmente se necesita mucha más energía para cambiar un núcleo atómico de un estado a otro: al menos mil veces la energía de los electrones en un átomo o una molécula», señala Schumm en un comunicado.
Desde los años 70 se especula con la posibilidad de que exista un núcleo atómico especial que, a diferencia de otros núcleos, tal vez pueda manipularse con un láser: el torio-229. Este núcleo tiene dos estados de energía muy adyacentes, tan adyacentes que, en principio, un láser debería ser suficiente para cambiar el estado del núcleo atómico.
Aunque, durante mucho tiempo sólo hubo pruebas indirectas de la existencia de esta transición. «El problema es que para poder inducir la transición con un rayo láser es necesario conocer con mucha precisión la energía de la transición», afirma Schumm. (Europa Press)