La conexión entre la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica ha sido la caja negra del mundo de la física durante décadas.Esto se debe en parte a la dificultad de recopilar datos de los sistemas que se vinculan entre los dos.La teoría de la relatividad es el reino de los supermasivos, mientras que la mecánica cuántica se puede explicar mejor en los reinos muy pequeños.Sin embargo, hay un área específica que en realidad se superpone.Una de las consecuencias de la teoría de la relatividad es que la gravedad puede afectar el paso del tiempo.Este efecto, comúnmente conocido como “dilatación del tiempo”, ahora ha sido estudiado por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) utilizando herramientas de alta precisión.reloj nuclear.
La dilatación del tiempo en sí es un concepto bien establecido.Esta no es la primera vez que los ingenieros del NIST lo utilizan para probarlo.reloj nuclear.conceptualmentedilatación del tiempoLa gravedad misma significa que el tiempo se ralentiza.Entonces, un objeto que experimente una alta gravedad experimentará menos tiempo.
Uno de los ejemplos más famosos de este concepto probablemente fue capturado en la película Interestelar.Los héroes terminan en un mundo desolado en busca de un explorador que, después de años en la Tierra, ha experimentado solo unas pocas horas en la superficie del planeta.En el caso de la película, la dilatación del tiempo se debe a la alta fuerza gravitacional que provoca el agujero negro cerca del planeta, pero el mismo efecto se puede ver aquí en la Tierra a escala microscópica.
En el pasado, los científicos del NIST han demostrado esto al medir la dilatación del tiempo de dos relojes atómicos colocados uno encima del otro, separados por 33 cm (1 pie).Incluso a esa pequeña distancia, pudo detectar un cambio perceptible en la gravedad.Ahora hemos reducido esa distancia a milímetros para el siguiente truco.
Dado que es físicamente imposible que dos relojes atómicos separados estén cerca uno del otro, el Dr. Jun Ye y su equipo idearon uno nuevo específicamente para usar en este experimento.Por lo general, estos dispositivos utilizan las vibraciones de ciertos tipos de átomos para calcular el tiempo.La definición del segundo en sí se basa en las vibraciones de los átomos de cesio.
Los investigadores utilizaron una estructura conocida como “red óptica” que contiene alrededor de 100.000 átomos de estroncio individuales en una estructura definida.Es importante destacar que también desarrollaron un sistema de imágenes que puede monitorear de cerca la parte superior e inferior de la red, que se puede considerar similar a una pila de panqueques en la escala atómica.La distancia entre la parte superior e inferior de la rejilla óptica, medida en milímetros, es la distancia más pequeña vista en este tipo de experimento.
Aún así, hubo una diferencia perceptible en el tiempo experimentado por la cuadrícula por encima y por debajo de la cuadrícula.Fueron solo 0.0000000000000000001 segundos, pero los científicos estaban contando con certeza.Eso estaba en línea con las expectativas de lo que significaba la teoría general de la relatividad.
Probar una teoría que ya ha sido probada decenas de veces no fue el único resultado del experimento.La tecnología utilizada por los investigadores apunta a la potencial construcción de relojes que sean 50 veces más precisos que los que existen en la actualidad.Nuevamente, la mayoría de los relojes atómicos pueden parecer excesivos, ya que son suficientes para medir todo en el mundo macro.Pero de acuerdo con la secuencia de la mecánica cuántica, el tiempo mismo se vuelve interesante porque incluso una ligera diferencia en la gravedad en una distancia mínima es lo que confunde nuestra comprensión del reino.Un reloj más preciso podría potencialmente navegar estas pequeñas distancias de maneras que antes eran imposibles, y este nuevo reloj atómico basado en una “nube de átomos” podría ser una forma de hacerlo.
Todavía hay una mejora de tamaño en la precisión requerida antes de ejecutar tales experimentos.Pero con suerte, determinación y financiación continua, un mejor reloj atómico podría allanar el camino para desentrañar uno de los mayores misterios de la física.
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Imagen principal:
Configuración experimental de un reloj atómico utilizando una nube de átomos de estroncio.
Fuente: R. Jacobson/NIST