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Un nuevo reloj atómico sondeará el tejido básico del espacio-tiempo

Un nuevo reloj atómico, que se retrasa menos de un segundo cada 15.000 millones de años, desentrañará los misterios del universo de una forma sin precedentes, desde la dilatación del tiempo hasta las ondas gravitacionales y la materia oscura.

Hidetoshi Katori, de la Universidad de Tokio y de RIKEN, el gran instituto de investigación de Ciencias Naturales en Japón, y Jun Ye, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y Universidad de Colorado, han sido galardonados con el Premio Breakthrough 2022 en Física Fundamental.

Han inventado y desarrollado el reloj atómico de celosía óptica, que puede retrasarse menos de un segundo cada 15.000 millones de años, más de la edad actual del universo. Mejora la precisión de la medición del tiempo en 3 órdenes de magnitud, según se informa en un comunicado.

Esta proeza tecnológica desbanca la mayor precisión obtenida hasta ahora por los relojes atómicos, establecida en un retraso de un segundo cada 30 millones de años.

Esta precisión permitirá sondear el tejido básico del espacio-tiempo en el universo, donde tienen lugar todos los sucesos físicos, así como ayudará a desentrañar los misterios del universo de una forma sin precedentes en la historia de la ciencia, según los investigadores.

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Aplicaciones prácticas

Entre las aplicaciones prácticas de esta tecnología, según Breakthrough, se encuentra una gran mejora en la precisión del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y de varias redes de navegación por satélite, así como una mayor precisión en la orientación de las sondas y naves espaciales.

El reloj de la red óptica también permitirá nuevos experimentos de relatividad de Einstein, como pruebas para el efecto de dilatación del tiempo: transcurre más despacio cuando se viaja a la velocidad de la luz.

Finalmente, los relojes de redes ópticas pueden ayudar a detectar ondas gravitacionales, otra predicción de la Relatividad General, que da como resultado ondas en el espacio-tiempo cuando chocan objetos muy masivos, como dos agujeros negros.

El nuevo reloj podría mostrar por último pequeñas variaciones de tiempo inducidas por estas ondas en el espacio-tiempo e incluso ayudar en la búsqueda de materia oscura, según los investigadores.

Midiendo el tiempo todo el tiempo

La humanidad lleva midiendo el tiempo desde hace alrededor de cinco mil años, primero con relojes de arena y agua, luego con cronómetros y relojes digitales.

Los relojes atómicos representan la última etapa de esta carrera tecnológica, ya que miden el tiempo a través de procesos tan básicos de la materia como la resonancia atómica.

En vez de un péndulo para medir la duración de la oscilación, los relojes atómicos trabajan con la frecuencia con la que ocurren cambios en los átomos.

Los relojes atómicos miden las ondas electromagnéticas necesarias para cambiar una propiedad de los átomos de cesio llamada espín.

Celosía óptica

El nuevo reloj utiliza láseres para atrapar y enfriar átomos y luego aprovechar sus vibraciones para impulsar lo que se conoce como «relojes de celosía óptica», las piezas cronométricas más precisas jamás construidas.

Los relojes de frecuencia óptica atómica no usan átomos de cesio, sino de estroncio, uno de los metales más utilizados en la industria, por ejemplo, para la fabricación de televisores.

Mejoran considerablemente los relojes atómicos actuales porque elevan hasta cien mil veces más la frecuencia a la que ocurren los cambios en los átomos, haciéndolos así mucho más precisos.

Red óptica

Los premiados, trabajando separadamente, consiguieron controlar los átomos de estroncio en esas frecuencias a través de una red óptica, pudiendo así medirlos con precisión.

Los láseres consiguen mantener unidos a los átomos sin perturbar el espacio entre los estados cuánticos en los que se mueven, permitiendo así la medición ultra precisa del tiempo.

Los investigadores han comprobado incluso que el tiempo se mueve más lento cuando el reloj se acerca al suelo unos centímetros, en línea con las predicciones de la relatividad de Einstein.

Descubrimientos revolucionarios

El Premio Breakthrough reconoce los descubrimientos revolucionarios en Física Fundamental, Ciencias de la Vida y Matemáticas.

Se trata del premio de ciencia más grande del mundo, ya que cada uno de los cinco premios Breakthrough principales asciende a 3 millones de dólares.

El Premio Breakthrough en Física Fundamental fue fundado en 2012 por Yuri Milner para reconocer a aquellas personas que han hecho contribuciones profundas al conocimiento humano. Está abierto a todos los físicos (teóricos, matemáticos, experimentales) que trabajen en los misterios más profundos del Universo.

Imagen superior:  Reloj atómico del espacio profundo. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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