Dos relojes nucleares, de Viena y Pekín, aún no superan a los atómicos

Los dos primeros relojes nucleares en funcionamiento llegaron a la vez, de equipos que no se coordinaron, y ninguno supera al mejor reloj atómico. La independencia de ambos resultados es el dato más importante, porque sugiere que el enfoque no depende del montaje particular de un solo laboratorio.

Dos equipos, dos ciudades, un resultado #

El dato principal es sencillo. Equipos científicos que trabajaban por separado en Viena y Pekín han desarrollado los dos primeros relojes nucleares en funcionamiento del mundo. Uno está dirigido por Thorsten Schumm, de la TU Wien; el otro, por Shiqian Ding, de la Universidad Tsinghua. Cada uno describió su logro en un artículo científico publicado en la revista Nature.

Muchos anuncios en física siguen un patrón conocido: un laboratorio reivindica un hito y todos los demás esperan a que alguien lo reproduzca. Este llegó con la cuestión de la replicación ya medio resuelta. Ding dijo que los dos equipos trabajaron de forma independiente y lograron al mismo tiempo relojes nucleares de torio-229 en funcionamiento, con enfoques experimentales distintos. Esa frase pesa más de lo que parece a primera vista. Un solo grupo puede construir un dispositivo que funciona por una peculiaridad de su propio banco de pruebas, de su propio lote de cristales o de su propio láser. Dos grupos, en dos ciudades, que toman caminos distintos hacia el mismo tipo de dispositivo, descartan la explicación de la peculiaridad mucho mejor de lo que podría hacerlo un único artículo.

El propio Ding señaló lo mismo. Dijo que considera alentadores los resultados independientes porque muestran que el concepto es sólido y no depende de una implementación técnica concreta. Es su lectura, y conviene tratarla como un juicio y no como una magnitud medida. Pero es sensata. Cuando dos implementaciones difieren y ambas funcionan, la idea que hay debajo se parece menos a una casualidad.

La parte de Schumm es una historia de paciencia. Dijo que su equipo trabaja en un reloj nuclear desde 2008. El dispositivo que ahora se ha demostrado no es fruto de una intuición repentina; es el final de un largo esfuerzo hacia un único objetivo.

Qué hace realmente un reloj y qué cambia aquí #

Los relojes atómicos son máquinas de medición del tiempo de altísima precisión creadas por primera vez en 1949. Funcionan usando láseres o microondas para hacer que unas partículas subatómicas, los electrones, salten de un lado a otro entre dos niveles de energía de la corteza de un átomo. Se usan elementos como el cesio o el estroncio. La naturaleza regular y repetible de ese salto es lo que da al reloj su tictac.

El rendimiento de ese enfoque ya es extraordinario. Los mejores relojes atómicos convencionales pueden funcionar miles de millones de años perdiendo o ganando un solo segundo. Cualquier nuevo diseño de reloj debe juzgarse frente a esa cifra, y el listón es exigente.

Dimensión	Relojes atómicos convencionales	Relojes nucleares de torio-229
Mecanismo físico	Transiciones de la corteza electrónica (cesio/estroncio)	Transiciones de protones/neutrones dentro del núcleo de torio-229
Medio de sondeo	Microondas o láseres ópticos sobre electrones de valencia	Láser ultravioleta de vacío sobre núcleos incrustados en cristal
Sustrato anfitrión	Celdas de gas o trampas de red óptica enfriadas por láser	Cristales sólidos de fluoruro de calcio ($CaF_2$)
Rendimiento actual	Miles de millones de años para ganar/perder $\le 1$ segundo	Igualó la precisión de un reloj atómico en una búsqueda de materia oscura
Estabilidad objetivo	Estándar internacional establecido ($10^{-18}$)	Mejora proyectada de la estabilidad en un orden de magnitud
Formato del hardware	Aparatos de vacío de laboratorio grandes y delicados	Potencial de unidades de campo compactas, robustas y de estado sólido

Los nuevos relojes cambian el lugar donde ocurre el salto. En lugar de los electrones de la corteza, usan láseres para hacer saltar protones y neutrones entre niveles de energía dentro del núcleo de un átomo, en este caso el torio-229. El tiempo en un reloj nuclear se calcula observando cómo interactúa un láser de alta potencia con el núcleo de un átomo.

El motivo para llevar la acción hacia dentro se plantea como una posibilidad, no como un resultado. Seguir transiciones dentro del núcleo podría alcanzar una precisión mayor que seguirlas en los electrones, porque un núcleo atómico es mucho más pequeño que la corteza que lo rodea. El matiz importa. Lo que se afirma es que el objetivo más pequeño podría permitir una precisión mejor, y nada en las pruebas disponibles hasta ahora dice que lo haya hecho.

La receta común: torio-229 en fluoruro de calcio #

Ambos relojes nucleares se basan en el isótopo torio-229, atrapado en cristales sólidos de fluoruro de calcio. Los equipos de Viena y Pekín describen sus dispositivos como láseres que sondean núcleos de torio-229 incrustados en esos cristales.

Vale la pena ser preciso sobre lo que se comparte y lo que no. El isótopo y el material anfitrión son comunes a ambos. Los enfoques experimentales no. La afirmación de Ding de que los equipos siguieron enfoques experimentales distintos, junto con la comparación posterior de ambos sistemas por parte de Schumm, nos dice dónde están las diferencias, al menos en parte: la calidad de los cristales y la potencia del láser.

Esa comparación es uno de los detalles más útiles de toda la historia. Según Schumm, el reloj de Viena tiene cristales de torio algo mejores, con mayor concentración y mejores propiedades ópticas, mientras que el equipo de Pekín tiene un láser más potente. Cada equipo ha construido un punto fuerte que al otro le falta. Es raro que una primera generación de dispositivos competidores se reparta el trabajo con tanta claridad, y eso ofrece al campo un siguiente experimento evidente.

El marcador honesto: todavía no mejores que los relojes atómicos #

Si venía buscando una cifra récord de precisión, no la hay. Los equipos afirmaron que los relojes nucleares podrían superar a los mejores relojes atómicos convencionales, pero todavía no lo hacen. Dicho de otro modo, los relojes nucleares aún no superan la precisión de los relojes atómicos.

Schumm fue directo sobre el camino que queda por recorrer. Dijo que el reloj nuclear aún está lejos de su rendimiento objetivo y que los investigadores buscan perfeccionar la tecnología. Este es el lugar adecuado para resistirse a la exageración. Un dispositivo que existe y funciona es algo distinto de un dispositivo que gana. El logro aquí es que ahora existe un reloj nuclear en funcionamiento, y por partida doble. La afirmación de que uno superará a los mejores relojes atómicos sigue siendo un potencial, no un resultado.

Yo diría que este enfoque hace la historia más interesante, no menos. Los anuncios que llegan con una ventaja ya conseguida son fáciles de archivar. Un anuncio que dice «esto funciona, todavía no es mejor, y esta es la razón por la que creemos que podría llegar a serlo» invita a una pregunta más útil: ¿qué se interpone exactamente entre los dispositivos actuales y el objetivo?

Ambos equipos ven caminos claros de mejora, y Schumm propuso uno concreto.

Combinar lo mejor de Viena y Pekín #

Schumm dijo que juntar los componentes de Viena y Pekín permitiría construir un reloj bastante mejor. Su comentario completo fue que «ya solo juntando estos componentes podemos construir un reloj bastante mejor». La afirmación es prudente en el sentido de que describe lo que podría construirse, no algo que se haya construido y medido.

La lógica se sigue con facilidad a partir de las afirmaciones. Los cristales de Viena son algo mejores, con mayor concentración de torio y mejores propiedades ópticas. El láser de Pekín es más potente. Un reloj que observa cómo interactúa un láser de alta potencia con el núcleo de un átomo se beneficiaría, plausiblemente, tanto de un objetivo mejor como de un láser mejor. Lo señalo como mi lectura de lo que dijo Schumm, no como un hallazgo adicional: sus propias palabras son que combinar los componentes podría dar un reloj bastante mejor, y ninguna cifra de rendimiento las acompaña.

Hay aquí una lección práctica para cualquiera que construya en un campo técnico joven. El desarrollo en paralelo por grupos separados puede parecer una duplicación inútil. Aquí produjo dos conjuntos de fortalezas complementarias y una receta lista para un tercer dispositivo más potente. Las pruebas disponibles no dicen si los dos equipos colaborarán realmente en un reloj así, por lo que no lo sugeriré. La pregunta abierta es simplemente si la combinación aporta la mejora que Schumm espera.

Una primera prueba: la búsqueda de materia oscura #

Un reloj que solo marca el tiempo es una prueba de concepto. Un reloj que hace física es algo más. El equipo de Viena demostró que su reloj podía llevar a cabo un experimento de física de precisión, al intentar detectar materia oscura.

El experimento no detectó materia oscura. Es importante decirlo con claridad, porque una búsqueda de materia oscura que no encuentra nada puede confundirse con un fracaso. El resultado que importa aquí tiene que ver con el instrumento, no con la partícula: el reloj nuclear rindió al nivel de los mejores relojes atómicos.

Léalo con atención, porque está justo al lado de la limitación descrita más arriba. Los relojes nucleares aún no superan la precisión de los relojes atómicos, y sin embargo el reloj de Viena igualó a los mejores relojes atómicos en un experimento de precisión. Esas dos afirmaciones no están en tensión. Igualar al mejor no es superarlo, y que el primer dispositivo en funcionamiento alcance ese nivel es un hito temprano significativo. Nos dice que el reloj ya es lo bastante bueno para usarse como instrumento científico y no solo para exhibirse como una curiosidad.

Iría más lejos y diría que esta es la prueba individual más convincente de la historia. Afirmar que algo tiene potencial es barato. Demostrar que la primerísima versión en funcionamiento puede realizar un experimento de precisión al nivel de los mejores instrumentos existentes no lo es.

Por qué la física podría favorecer al núcleo, y por qué conviene la cautela #

El argumento a favor de los relojes nucleares se basa en el tamaño. Un núcleo atómico es mucho más pequeño que la corteza que lo rodea, y seguir transiciones dentro de él podría alcanzar una precisión mayor que seguirlas en los electrones. Ese es el mecanismo planteado, y viene con un «podría».

La expectativa más amplia de los investigadores sigue el mismo patrón. Creen que los relojes nucleares, una vez perfeccionados, podrían hacer el trabajo incluso mejor que los relojes atómicos convencionales, y construirse de forma menos voluminosa y delicada. En esa frase conviven dos esperanzas distintas: mejor rendimiento y una construcción menos voluminosa y menos delicada. Ambas están condicionadas a que los relojes se perfeccionen primero, y ambas van matizadas con un «podrían».

Para los lectores que sopesan apuestas tecnológicas, la disciplina consiste en no separar los matices. Lo demostrado: dos relojes en funcionamiento, un experimento de materia oscura realizado al nivel de los mejores relojes atómicos. Lo esperado: mayor precisión, hardware más pequeño y robusto. La distancia entre esas dos listas es el trabajo que aún les queda a los equipos.

Dónde podrían usarse los relojes nucleares #

Schumm dijo que imagina usos para los relojes nucleares en ámbitos como la navegación por satélite, la sincronización de la transferencia de datos, la topografía y la metrología. En términos más amplios, los relojes nucleares podrían ayudar en la navegación, la sincronización de datos, la búsqueda de materia oscura y la comprobación de si las constantes fundamentales varían en el espacio y el tiempo.

Son posibilidades, y la redacción de la fuente las mantiene así: Schumm las imagina, y los relojes podrían ayudar en ellas. Ninguna se ha demostrado con un reloj nuclear. La única aplicación de la lista que se ha intentado es la búsqueda de materia oscura, y no arrojó ninguna detección, aunque mostró el rendimiento del reloj.

Aun así, vale la pena fijarse en la amplitud. La navegación, la transferencia de datos y la topografía son usos prácticos, cercanos a la infraestructura. La materia oscura y la cuestión de si las constantes fundamentales varían en el espacio y el tiempo son preguntas sobre la estructura misma de la física. Que una sola clase de instrumento se proponga para ambas cosas es un abanico poco habitual. Si tuviera que elegir la aplicación más cercana a estar probada, sería la de física de precisión, ya que ahí el equipo de Viena ya ha realizado un experimento.

Qué deberían extraer de esto los fundadores y los lectores técnicos #

Los lectores técnicos suelen buscar una lección de ingeniería, y hay una clara en la forma en que llegó este resultado.

Primero, la convergencia independiente es una señal más fuerte que un éxito aislado. Dos equipos que, trabajando por separado, alcanzan al mismo tiempo dispositivos en funcionamiento con enfoques distintos ofrecen el tipo de prueba que indica que una dirección es real. La lectura de Ding, según la cual el concepto no depende de una implementación técnica concreta, es el núcleo de esto.

Segundo, la limitación se declara de entrada, y la declaran quienes construyeron los dispositivos. Los equipos afirmaron que los relojes nucleares podrían superar a los mejores relojes atómicos convencionales, pero todavía no lo hacen. Schumm dijo que su propio reloj está lejos de su rendimiento objetivo. Si está evaluando una tecnología joven, ese tipo de franqueza por parte de quienes la construyen vale más que una vistosa afirmación de precisión, porque le dice dónde queda el trabajo real.

Tercero, el camino de mejora es concreto. Los cristales de Viena y el láser de Pekín son componentes específicos y con nombre, y la sugerencia de Schumm también es concreta. Eso es muy distinto de una vaga promesa de que «el desarrollo posterior» ayudará. Una hoja de ruta construida con piezas identificadas es más fácil de probar, y de que fracase de forma visible, que una construida con aspiraciones.

Yo diría que la lectura comercial se deriva de esto, con una salvedad. Las aplicaciones de la fuente son la navegación, la sincronización de datos, la topografía y la metrología, y todas son propuestas. Las pruebas respaldan una tecnología en fase de investigación con pasos de mejora identificados, no un producto. Quien construya sobre ella debería tratar la construcción menos voluminosa y menos delicada como un objetivo que los investigadores consideran alcanzable una vez perfeccionados los relojes, y no como algo ya demostrado.

Qué vigilar a continuación #

Las preguntas que plantean las pruebas son acotadas y verificables.

¿Se construirá un reloj que combine cristales con la calidad de los de Viena y un láser con la potencia del de Pekín, y dará el rendimiento bastante mejor que espera Schumm? La fuente dice que podría. No dice que haya ocurrido.

¿Cruzará algún reloj nuclear la línea que separa rendir al nivel de los mejores relojes atómicos de superarlos? Los equipos lo describen como un potencial, no como un resultado, y ambos ven caminos claros de mejora. La referencia es clara: los mejores relojes atómicos convencionales pueden funcionar miles de millones de años perdiendo o ganando un solo segundo, así que un reloj nuclear que reivindique el primer puesto tiene que demostrarlo frente a ese estándar.

¿Y se mantendrá la promesa de algo menos voluminoso y menos delicado una vez perfeccionados los dispositivos? Es una esperanza expresada por los investigadores, no una medición.

La fuente deja una pregunta más en el aire, y es la que más me gustaría ver respondida. El experimento de materia oscura de Viena no encontró nada, pero el reloj igualó a los mejores relojes atómicos al realizar la búsqueda. Si un reloj nuclear perfeccionado de verdad puede mejorar eso, el mismo tipo de experimento pasa a ser el primer lugar donde se notaría la diferencia. Si se nota o no es, por ahora, la pregunta abierta que más importa.

Qué significa por sector #

La llegada de relojes nucleares de torio-229 en funcionamiento no afecta por igual a todos los ámbitos de la medición precisa del tiempo. La respuesta operativa depende de si la necesidad es la metrología primaria terrestre, la navegación orbital autónoma o la espectroscopia fundamental de laboratorio.

Metrología y patrones de tiempo #

Los laboratorios de tiempo primarios no sustituirán de la noche a la mañana los patrones de red de estroncio o de cesio. Los relojes nucleares establecen una referencia de calibración paralela cuyas sensibilidades ambientales (campos eléctricos y magnéticos parásitos) difieren de forma fundamental de las de los relojes de corteza electrónica, lo que permite por primera vez contrastar errores sistemáticos entre institutos de metrología internacionales.

Navegación por satélite y telecomunicaciones #

Si las arquitecturas de cristales sólidos de fluoruro de calcio resultan menos voluminosas y delicadas en producción, las agencias espaciales y los operadores de constelaciones podrían desplegar precisión de grado óptico directamente en órbita, sin refrigeración criogénica ni complejas cámaras de vacío de red óptica.

Física fundamental y astrofísica #

Como los niveles de energía nucleares dependen directamente de la fuerza fuerte y de la constante de acoplamiento electromagnético $\alpha$, los relojes nucleares ofrecen una sensibilidad nueva para comprobar si las constantes físicas fundamentales varían a lo largo del tiempo cósmico y para explorar candidatos a materia oscura.

Conclusión #

La llegada simultánea y no coordinada de relojes nucleares en funcionamiento en Viena y Pekín marca un verdadero punto de inflexión en la medición precisa del tiempo. Ninguno de los dos dispositivos eclipsa la precisión de los mejores relojes atómicos actuales, pero igualar la precisión atómica en una búsqueda de materia oscura ya en una primera generación operativa demuestra que el enfoque de estado sólido con torio-229 es viable. El camino inmediato pasa por la síntesis: combinar el crecimiento de cristales superior de Viena con el láser de excitación de mayor potencia de Pekín.

Preguntas frecuentes #

¿Por qué el torio-229 es el único isótopo que se usa en los relojes nucleares?

La mayoría de los núcleos atómicos tienen energías de transición del orden de los kiloelectronvoltios (keV) o los megaelectronvoltios (MeV), lo que exige rayos gamma que no pueden generarse con láseres coherentes de sobremesa. El torio-229 tiene un estado isomérico anómalamente bajo, de unos 8,3 eV, que cae dentro del rango del ultravioleta de vacío al alcance de los sistemas láser modernos.

¿Sustituyen hoy los relojes nucleares a los relojes atómicos?

No. Los relojes atómicos convencionales basados en cesio-133 y en redes ópticas de estroncio siguen siendo los patrones de frecuencia primarios en todo el mundo. Los relojes nucleares de torio-229 han igualado la precisión de los relojes atómicos en una búsqueda de materia oscura de demostración, pero superar la precisión atómica sigue siendo un objetivo de ingeniería proyectado.

¿Qué da a los relojes nucleares de estado sólido una ventaja operativa?

Incrustar núcleos de torio en cristales sólidos de fluoruro de calcio elimina las complejas cámaras de enfriamiento láser y de atrapamiento en ultraalto vacío que requieren los relojes atómicos de red óptica, lo que podría permitir despliegues de campo mucho más compactos y robustos.

Referencias #

Thorsten Schumm et al., (2024). Demostración del reloj nuclear de la TU Wien ⧉. Nature.
Shiqian Ding et al., (2024). Patrón de frecuencia nuclear de torio-229 de la Universidad Tsinghua ⧉. Nature.
BIPM, (2024). Comité Consultivo de Tiempo y Frecuencia (CCTF): estrategia para la futura definición del segundo ⧉. BIPM.

Última revisión 2026-09-15.

Última revisión 2026-10-27.

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Dos relojes nucleares, de Viena y Pekín, aún no superan a los atómicos — Sebastien Rousseau

En Viena y Pekín, dos equipos independientes han puesto en marcha los primeros relojes nucleares de torio-229. Ninguno supera aún a los mejores relojes atómicos.

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Dos relojes nucleares, de Viena y Pekín, aún no superan a los atómicos — Sebastien Rousseau

En Viena y Pekín, dos equipos independientes han puesto en marcha los primeros relojes nucleares de torio-229. Ninguno supera aún a los mejores relojes atómicos.

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SEBASTIEN ROUSSEAU FOUNDER · ENGINEER