Científicos de la Universidad de Xinjiang han creado el
primer cristal del mundo capaz de producir la luz ultravioleta necesaria para
los futuros relojes nucleares de torio, que algún día podrían guiar
submarinos y sondas espaciales sin necesidad de GPS. Según informa South
China Morning Post, estos relojes no volverán redundante el GPS, pero sí
ayudarán a reducir la dependencia de este tipo de sistemas si llegan a
perfeccionarse. El problema central que se intenta resolver es la medición
del tiempo, algo fundamental para tecnologías como el GPS o los relojes
atómicos y nucleares.
En un teléfono móvil, por ejemplo, el dispositivo calcula su
ubicación recibiendo señales de satélites. Mediante un conjunto de algoritmos, mide
cuánto tarda en llegar cada señal. Esa información se utiliza después para
triangular la posición en el mundo. A esto se le llama navegación basada en
el tiempo. Por eso, cuanto más preciso sea un reloj, más preciso será
también un sistema de navegación basado en él.
Pero, aunque el principio es sencillo, los sistemas GPS pueden presentar problemas. Por ejemplo, ser interferidos o
engañados con señales falsas, lo que los hace vulnerables en tiempos de guerra.
Además, no funcionan bien bajo el agua ni bajo tierra.
Para plataformas como los submarinos, depender del GPS es
problemático, ya que para actualizar su posición deben ascender al menos a
cota de periscopio y exponer mástiles o antenas, lo que incrementa su
vulnerabilidad. Para mitigar ese problema, los submarinos modernos se apoyan
sobre todo en sistemas de navegación inercial. En paralelo, varias
marinas y centros de investigación están ensayando relojes atómicos de nueva
generación para reducir la deriva de esos sistemas y disminuir la necesidad de
señales externas. Estos son dispositivos de cronometraje extremadamente
precisos que funcionan aprovechando las vibraciones de los electrones
alrededor de los átomos para medir el tiempo.
Reloj nuclear
Sin embargo, los científicos creen que otra tecnología,
llamada reloj nuclear, que utiliza en su lugar las vibraciones del núcleo
atómico, podría ser entre 10 y 1.000 veces más precisa. Esto podría ser
revolucionario porque los núcleos atómicos son más estables que los electrones
y se ven menos afectados por factores como la temperatura. También sufren menos
el impacto de vibraciones externas y de elementos como los campos magnéticos.
Con ese objetivo, el equipo de investigación recurrió al torio-229.
Este elemento es especialmente interesante para este uso porque su núcleo
vibra en un nivel de energía muy bajo. Eso hace que sea relativamente fácil
de observar y medir. Sin embargo, para medirlo se necesitan láseres UV
extremadamente precisos, con longitudes de onda de 148,3 nm. Eso es
muy difícil de producir y ahí es donde entra en juego este nuevo cristal.
Cristal para navegación sin GPS
Este cristal, explica el equipo, puede convertir la luz
láser en luz ultravioleta de longitud de onda muy corta (145,2 nm). No
alcanza aún los 148,3 nm, pero es un récord que sitúa al material dentro de la
región necesaria para generar luz cerca de la longitud de onda que necesita el
torio-229.
‘Un compuesto de borato fluorado puede aumentar la
frecuencia de la luz láser hasta una longitud de onda récord de 145,2
nanómetros. Esta longitud de onda es lo bastante corta como para cumplir un
requisito clave de los relojes portátiles ultraprecisos que se están
desarrollando en Estados Unidos, China y otros países’, señala el equipo.
Si se consigue alcanzar esa cifra, esto podría proporcionar
una forma de calcular la posición mediante una estimación de trayectoria
extremadamente precisa, comparando velocidad, dirección y tiempo de
desplazamiento.
También podría, en teoría, utilizar señales de otras
fuentes, como estrellas, púlsares o señales de radio, que pasarían a servir
también como ayudas a la navegación. Si esta tecnología llega a dominarse,
podría permitir que submarinos naveguen libremente bajo el agua sin
necesidad de salir nunca a la superficie.
Y tendría implicaciones importantes para otras
tecnologías, como los misiles, que podrían volverse inmunes a las
interferencias de navegación. En el caso de las naves espaciales,
también podría ayudarlas a navegar de forma autónoma en el espacio sin
necesidad de correcciones desde la Tierra.
El hallazgo acerca una de las piezas que faltan para construir relojes nucleares basados en torio-229, una tecnología con potencial para reducir la dependencia del GPS
Científicos de la Universidad de Xinjiang han creado el primer cristal del mundo capaz de producir la luz ultravioleta necesaria para los futuros relojes nucleares de torio, que algún día podrían guiar submarinos y sondas espaciales sin necesidad de GPS. Según informa South China Morning Post, estos relojes no volverán redundante el GPS, pero sí ayudarán a reducir la dependencia de este tipo de sistemas si llegan a perfeccionarse. El problema central que se intenta resolver es la medición del tiempo, algo fundamental para tecnologías como el GPS o los relojes atómicos y nucleares.
En un teléfono móvil, por ejemplo, el dispositivo calcula su ubicación recibiendo señales de satélites. Mediante un conjunto de algoritmos, mide cuánto tarda en llegar cada señal. Esa información se utiliza después para triangular la posición en el mundo. A esto se le llama navegación basada en el tiempo. Por eso, cuanto más preciso sea un reloj, más preciso será también un sistema de navegación basado en él.
Pero, aunque el principio es sencillo, los sistemas GPS pueden presentar problemas. Por ejemplo, ser interferidos o engañados con señales falsas, lo que los hace vulnerables en tiempos de guerra. Además, no funcionan bien bajo el agua ni bajo tierra.
Para plataformas como los submarinos, depender del GPS es problemático, ya que para actualizar su posición deben ascender al menos a cota de periscopio y exponer mástiles o antenas, lo que incrementa su vulnerabilidad. Para mitigar ese problema, los submarinos modernos se apoyan sobre todo en sistemas de navegación inercial. En paralelo, varias marinas y centros de investigación están ensayando relojes atómicos de nueva generación para reducir la deriva de esos sistemas y disminuir la necesidad de señales externas. Estos son dispositivos de cronometraje extremadamente precisos que funcionan aprovechando las vibraciones de los electrones alrededor de los átomos para medir el tiempo.
Reloj nuclear
Sin embargo, los científicos creen que otra tecnología, llamada reloj nuclear, que utiliza en su lugar las vibraciones del núcleo atómico, podría ser entre 10 y 1.000 veces más precisa. Esto podría ser revolucionario porque los núcleos atómicos son más estables que los electrones y se ven menos afectados por factores como la temperatura. También sufren menos el impacto de vibraciones externas y de elementos como los campos magnéticos.
Con ese objetivo, el equipo de investigación recurrió al torio-229. Este elemento es especialmente interesante para este uso porque su núcleo vibra en un nivel de energía muy bajo. Eso hace que sea relativamente fácil de observar y medir. Sin embargo, para medirlo se necesitan láseres UV extremadamente precisos, con longitudes de onda de 148,3 nm. Eso es muy difícil de producir y ahí es donde entra en juego este nuevo cristal.
Cristal para navegación sin GPS
Este cristal, explica el equipo, puede convertir la luz láser en luz ultravioleta de longitud de onda muy corta (145,2 nm). No alcanza aún los 148,3 nm, pero es un récord que sitúa al material dentro de la región necesaria para generar luz cerca de la longitud de onda que necesita el torio-229.
‘Un compuesto de borato fluorado puede aumentar la frecuencia de la luz láser hasta una longitud de onda récord de 145,2 nanómetros. Esta longitud de onda es lo bastante corta como para cumplir un requisito clave de los relojes portátiles ultraprecisos que se están desarrollando en Estados Unidos, China y otros países’, señala el equipo.
Si se consigue alcanzar esa cifra, esto podría proporcionar una forma de calcular la posición mediante una estimación de trayectoria extremadamente precisa, comparando velocidad, dirección y tiempo de desplazamiento.
También podría, en teoría, utilizar señales de otras fuentes, como estrellas, púlsares o señales de radio, que pasarían a servir también como ayudas a la navegación. Si esta tecnología llega a dominarse, podría permitir que submarinos naveguen libremente bajo el agua sin necesidad de salir nunca a la superficie.
Y tendría implicaciones importantes para otras tecnologías, como los misiles, que podrían volverse inmunes a las interferencias de navegación. En el caso de las naves espaciales, también podría ayudarlas a navegar de forma autónoma en el espacio sin necesidad de correcciones desde la Tierra.
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