Nuevo tipo de reloj atómico para una física inexplorada

Los iones altamente cargados son una forma común de materia en el cosmos, donde se encuentran, por ejemplo, en el Sol u otras estrellas. Se llaman así porque han perdido muchos electrones y, por tanto, tienen una alta carga positiva. Por ello, los electrones más externos están más fuertemente unidos al núcleo atómico que en los átomos neutros o débilmente cargados. Por esta razón, los iones altamente cargados reaccionan con menos fuerza a las interferencias de los campos electromagnéticos externos, pero se convierten en sondas más sensibles de los efectos fundamentales de la relatividad especial, la electrodinámica cuántica y el núcleo atómico.

Por ello, el equipo de Lukas Spieß, del Instituto Físico-Técnico Federal (PTB) en Alemania, esperaba que un reloj atómico óptico con iones altamente cargados pudiera ayudar a comprobar mejor teorías de ese tipo de física.

Y efectivamente, así ha sido. Spieß y sus colegas han conseguido detectar el retroceso nuclear electrodinámico cuántico, una importante predicción teórica, en un sistema de cinco electrones, lo que no se había conseguido en ningún otro experimento anterior.

Llegar hasta aquí no fue tarea fácil. El equipo tuvo que resolver muchos problemas, durante años de trabajo.

Los esfuerzos han valido la pena. El equipo de Spieß ha creado un serio competidor de los relojes atómicos ópticos existentes basados, por ejemplo, en iones individuales de iterbio o átomos neutros de estroncio.

Recreación artística de una comprobación, mediante láser, del estado de un reloj atómico de iones altamente cargados. (Imagen: PTB)

Los métodos utilizados en el nuevo reloj atómico son de aplicación universal y permiten estudiar muchos tipos de iones de alta carga. Eso incluye sistemas atómicos que pueden utilizarse para buscar extensiones del Modelo Estándar de la física de partículas. Otros iones con gran carga son particularmente sensibles a los cambios en la constante de estructura fina y a ciertos candidatos a materia oscura que se requieren en modelos que van más allá del Modelo Estándar pero que no pueden detectarse con los métodos convencionales.

Spieß y sus colegas exponen los detalles técnicos de su reloj atómico y de los experimentos realizados con él en la revista académica Nature, bajo el título “An optical atomic clock based on a highly charged ion”. (Fuente: NCYT de Amazings)