Esta foto proporcionada por el NIST muestra un reloj atómico de estroncio, una de las piezas de cronometraje más precisas del mundo en el laboratorio del profesor Jun Ye en la Universidad de Colorado, en Boulder.
La teoría de la relatividad general de Einstein sostiene que un cuerpo masivo como la Tierra curva el espacio-tiempo, lo que hace que el tiempo se ralentice a medida que te acercas al objeto, por lo que una persona en la cima de una montaña envejece un poco más rápido que alguien al nivel del mar.
Científicos estadounidenses ahora han confirmado la teoría a la escala más pequeña jamás vista, demostrando que los relojes funcionan a diferentes velocidades cuando están separados por fracciones de milímetro.
Jun Ye, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder, dijo a la AFP que su nuevo reloj es «con mucho» el más preciso jamás construido y podría allanar el camino para nuevos descubrimientos en mecánica cuántica, la libro de reglas para el mundo subatómico.
Ye y sus colegas publicaron sus hallazgos el miércoles en la prestigiosa revista Naturalezadescribiendo los avances de ingeniería que les permitieron construir un dispositivo 50 veces más preciso que los mejores relojes atómicos de la actualidad.
No fue hasta la invención de los relojes atómicos, que marcan el tiempo al detectar la transición entre dos estados de energía dentro de un átomo expuesto a una frecuencia particular, que los científicos pudieron probar la teoría de Albert Einstein de 1915.
Los primeros experimentos incluyeron el Gravity Probe A de 1976, que involucró una nave espacial a 6,000 millas (10,000 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra y mostró que un reloj a bordo era más rápido que un equivalente en la Tierra por un segundo cada 73 años.
Desde entonces, los relojes se han vuelto cada vez más precisos y, por lo tanto, más capaces de detectar los efectos de la relatividad.
En 2010, los científicos del NIST observaron que el tiempo se movía a diferentes velocidades cuando su reloj se movió 33 centímetros (poco más de un pie) más alto.
teoría del todo
El avance clave de Ye fue trabajar con redes de luz, conocidas como redes ópticas, para atrapar átomos en arreglos ordenados. Esto es para evitar que los átomos caigan debido a la gravedad o se muevan de otra manera, lo que resulta en una pérdida de precisión.
Dentro del nuevo reloj de Ye hay 100.000 átomos de estroncio, superpuestos unos encima de otros como una pila de panqueques, en total de aproximadamente un milímetro de alto.
El reloj es tan preciso que cuando los científicos dividieron la pila en dos, pudieron detectar diferencias en el tiempo en las mitades superior e inferior.
Con este nivel de precisión, los relojes actúan esencialmente como sensores.
«El espacio y el tiempo están conectados», dijo Ye. «Y con una medición del tiempo tan precisa, puedes ver cómo cambia el espacio en tiempo real: la Tierra es un cuerpo vivo y lleno de vida».
Dichos relojes repartidos por una región volcánicamente activa podrían indicar a los geólogos la diferencia entre roca sólida y lava, lo que ayudaría a predecir erupciones.
O, por ejemplo, estudie cómo el calentamiento global está provocando el derretimiento de los glaciares y el aumento de los océanos.
Sin embargo, lo que más emociona a Ye es cómo los relojes futuros podrían marcar el comienzo de un reino de la física completamente nuevo.
El reloj actual puede detectar diferencias de tiempo en 200 micrones, pero si eso se redujera a 20 micrones, podría comenzar a probar el mundo cuántico, ayudando a salvar las disparidades en teoría.
Si bien la relatividad explica maravillosamente cómo se comportan los objetos grandes como los planetas y las galaxias, es famosa por su incompatibilidad con la mecánica cuántica, que se ocupa de lo muy pequeño.
Según la teoría cuántica, cada partícula es también una onda y puede ocupar varios lugares al mismo tiempo, algo que se conoce como superposición. Pero no está claro cómo un objeto en dos lugares a la vez distorsionaría el espacio-tiempo, según la teoría de Einstein.
La intersección de los dos campos, por lo tanto, llevaría a la física un paso más cerca de una «teoría del todo» unificadora que explica todos los fenómenos físicos del cosmos.
Los relojes atómicos JILA miden la relatividad general de Einstein a escala milimétrica
Tobias Bothwell, Resolución del corrimiento al rojo gravitatorio en una muestra atómica a escala milimétrica, Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04349-7. www.nature.com/articles/s41586-021-04349-7
Relacionado: Shimon Kolkowitz, Comparaciones de relojes diferenciales con un reloj de celosía óptica multiplexado, Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04344-a. www.nature.com/articles/s41586-021-04344-y
© 2022 AFP
Citación: Cómo el reloj más preciso del mundo podría transformar la física fundamental (2022, 19 de febrero) recuperado el 20 de febrero de 2022 de https://phys.org/news/2022-02-world-precise-clock-fundamental-physics.html
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