Los científicos han creado relojes atómicos ópticos que “hacen tictac” un billón de veces por segundo, lo que los hace lo suficientemente precisos para medir la distorsión gravitacional del espacio-tiempo en la superficie de la Tierra con mayor precisión que los métodos actuales.
En el futuro, este tipo de indicador atómico podría usarse para detectar ondas gravitacionales, probar la relatividad general e incluso buscar materia oscura.
El flujo del tiempo no es absoluto, es relativo, como hemos llegado a saber gracias al trabajo de Einstein. Cuando te estás divirtiendo, el tiempo vuela en una brisa y, a la inversa, cuando nos enfrentamos a una tarea desalentadora, parece que toma una eternidad. Pero esto es simplemente nuestra subjetividad jugando trucos sobre nosotros. Lo que es más notable es que incluso las medidas de tiempo aparentemente objetivas, como el balanceo de un péndulo afinado, pueden ser relativas.
Por ejemplo, un reloj colocado en el monte Everest funcionará ligeramente más rápido que el mismo reloj a nivel del mar debido a los efectos del potencial de gravedad. Para comparar y sincronizar relojes en diferentes puntos de un campo de gravedad, nos vemos obligados a establecer una superficie de referencia común. Para el planeta Tierra, este es el geoide, la superficie de igual potencial gravitatorio que representa el nivel medio global del mar. Hoy en día, el geoide está determinado por las mediciones de altimetría realizadas por satélites y modelos físicos de la gravedad del planeta. Ambos enfoques tienen limitaciones que introducen incertidumbres de varios centímetros. Con los relojes atómicos, estas imprecisiones podrían volverse mínimas.
Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) demostraron recientemente uno de esos dispositivos: un reloj atómico óptico que atrapa miles de átomos de iterbio en celosías ópticas (rejillas hechas de rayos láser). Un reloj analógico mide un segundo como la oscilación completa de un péndulo, por ejemplo. Un reloj atómico no es tan diferente en principio, vibrando entre dos niveles de energía para producir un “tic”.
De acuerdo con los hallazgos publicados en la revista Nature, los autores pudieron establecer tres registros en incertidumbre sistemática (qué tan bien el reloj representa las vibraciones naturales), la estabilidad (cuánto cambia la frecuencia del reloj) y la reproducibilidad (qué tan cerca funcionan dos relojes atómicos la misma frecuencia).
Los relojes atómicos, que son del tamaño de una mesa, combinan la frecuencia natural con un posible error de solo una billonésima de una billonésima parte.
Un par de relojes tenía una diferencia de frecuencia por debajo de 10-18 y el cambio de frecuencia en un intervalo de tiempo específico fue de solo 3,2 x 10-19, durante un día. Para que un reloj de este tipo pierda un segundo, tomaría más tiempo que la edad del universo, que actualmente se estima en 13.8 mil millones de años.
Los relojes de iterbio podrían medir por un día cómo la gravedad de la Tierra disminuye el tiempo, ofreciendo así una manera de señalar la ubicación del reloj en el campo gravitatorio del planeta a menos de un centímetro. Los investigadores planean realizar una prueba con relojes en dos ubicaciones separadas para determinar su precisión.
Entre sus muchas aplicaciones, los nuevos relojes atómicos podrían usarse para detectar ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales o incluso en la búsqueda de materia oscura: la forma escurridiza de materia que nuestros instrumentos no pueden detectar, pero que los científicos están casi seguros de que existe debido a la gravedad que ejerce en todo el universo.
Los relojes de iterbio también podrían usarse para la futura redefinición de la segunda, la unidad internacional del tiempo. Los registros del reloj cumplen con uno de los requisitos de la redefinición de la hoja de ruta internacional, una mejora de 100 veces en la precisión validada con respecto a los mejores relojes basados en el estándar actual, el átomo de cesio.
