A resposta para minha pergunta é: a Frequência Máxima não diminui, mesmo que o Monitor de Recursos indique isso.
Meu processo estava sendo executado em Prioridade em Tempo Real, enquanto o Monitor de Recursos estava sendo executado em Prioridade Normal. Assim que meu processo ficou muito ocupado, o Monitor de Recursos não recebeu os ciclos de CPU necessários para medir os valores que estava monitorando. Como uma "consequência", exibiu erroneamente valores zero.
Uma coisa que me surpreende em particular é o fato de que a GUI do Monitor de Recursos estava atualizando alegremente, o gráfico mudou para a esquerda sem quaisquer irregularidades perceptíveis. A causa teria sido muito mais fácil de identificar se a GUI também tivesse parado.
Desculpe por responder minha própria pergunta - não tenho certeza se isso é uma coisa apropriada a fazer. Eu não quero que outras pessoas gastem tempo com isso em vão também.