Físicos ha conseguido medir la dilatación del tiempo en un milímetro tal como predijo Einstein
Un grupo de físicos ha conseguido medir la
dilatación del tiempo, o cómo el tictac de un reloj atómico varía según la
elevación en escala milimétrica, dentro de una nube de átomos de estroncio.
Se trata de
la demostración de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, o
más específicamente, el efecto llamado dilatación del tiempo, en la escala más
pequeña jamás vista: un solo milímetro.
El
experimento, descrito en la edición del 17 de febrero de Nature, sugiere cómo
hacer que los relojes atómicos sean 50 veces más precisos que los mejores
diseños actuales y ofrecen una ruta para quizás revelar cómo la relatividad y
la gravedad interactúan con la mecánica cuántica, un gran dilema en la física.
La
investigación se desarrolló en JILA, operado conjuntamente por el NIST
(National Institute of Standards and Technology) y la Universidad de Colorado
Boulder.
"El
resultado más importante y emocionante es que podemos conectar potencialmente
la física cuántica con la gravedad, por ejemplo, probando la física compleja
cuando las partículas se distribuyen en diferentes lugares en el espacio-tiempo
curvo", dijo en un comunicado Jun Ye, miembro del NIST/JILA. "Para el
cronometraje, también muestra que no hay obstáculos para hacer que los relojes
sean 50 veces más precisos que los actuales, lo cual es una noticia
fantástica".
La teoría
de la relatividad general de Einstein de 1915 explica los efectos a gran
escala, como el efecto gravitacional en el tiempo, y tiene importantes
aplicaciones prácticas, como la corrección de las mediciones de los satélites
GPS. Aunque la teoría tiene más de un siglo, los físicos siguen fascinados por
ella. Los científicos del NIST han utilizado relojes atómicos como sensores
para medir la relatividad con mayor precisión, lo que finalmente puede ayudar a
explicar cómo interactúan sus efectos con la mecánica cuántica, el libro de
reglas del mundo subatómico.
Los
investigadores de JILA ahora han medido los cambios de frecuencia entre la
parte superior e inferior de una sola muestra de aproximadamente 100.000 átomos
de estroncio ultrafríos cargados en una red óptica, una configuración de
laboratorio similar a los relojes atómicos anteriores del grupo. En este nuevo
caso, la red, que se puede visualizar como una pila de capas creadas por rayos
láser, tiene capas inusualmente grandes, planas y delgadas, y están formadas
por una luz menos intensa que la que se usa normalmente.
Este diseño
reduce las distorsiones en la red causadas normalmente por la dispersión de la
luz y los átomos, homogeneiza la muestra y extiende las ondas de materia de los
átomos, cuyas formas indican la probabilidad de encontrar los átomos en ciertos
lugares. Los estados de energía de los átomos están tan bien controlados que
todos oscilaron entre dos niveles de energía al unísono durante 37 segundos, un
récord de lo que se llama coherencia cuántica.
Crucial
para los nuevos resultados fue la innovación de imágenes del grupo Ye, que
proporcionó un mapa microscópico de distribuciones de frecuencia en la muestra,
y su método de comparar dos regiones de una nube de átomos en lugar del enfoque
tradicional de usar dos relojes separados.
El
corrimiento al rojo medido a través de la nube de átomos fue pequeño, en el
ámbito de 0.0000000000000000001, consistente con las predicciones. (Si bien es
demasiado pequeño para que los humanos lo perciban directamente, las
diferencias se suman a los efectos importantes en el universo y en tecnología
como el GPS). El equipo de investigación resolvió esta diferencia rápidamente
para este tipo de experimento, en aproximadamente 30 minutos de promedio de
datos. Después de 90 horas de datos, su precisión de medición fue 50 veces
mejor que en cualquier comparación de relojes anterior.
Ye sugiere
que los relojes atómicos pueden servir como microscopios para ver vínculos
minúsculos entre la mecánica cuántica y la gravedad y como telescopios para
observar los rincones más profundos del universo.
Está usando
relojes para buscar la misteriosa materia oscura, que se cree que constituye la
mayor parte de la materia del universo. Los relojes atómicos también están
preparados para mejorar los modelos y la comprensión de la forma de la Tierra
mediante la aplicación de una ciencia de medición llamada geodesia relativista.
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