Los científicos han medido por primera vez cómo la relatividad general distorsiona el tiempo a través de dos relojes atómicos separados entre sí por un milímetro de altura.
Un reloj atómico es un reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para medir el tiempo que tarda un átomo en vibrar.
Los átomos existen en diferentes niveles de energía y una frecuencia de luz específica los hace saltar de un nivel a otro: eso permite a los científicos utilizarlos como segunderos de un reloj para medir el paso del tiempo.
Para los átomos que están más alejados del suelo, el tiempo pasa más deprisa porque, según la teoría de la gravedad de Einstein, esta fuerza fundamental atrasa los relojes.
Esa diferencia en el paso del tiempo se aprecia incluso aunque la altura respecto a la superficie terrestre que separe a dos relojes sea mínima.
Anteriormente, los científicos habían medido este cambio de frecuencia, conocido como desplazamiento al rojo gravitacional, a través de una diferencia de altura de 33 centímetros entre dos relojes atómicos.
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Dos récords de precisión
Dos récords de precisión Ahora se han obtenido dos récords de precisión: uno entre relojes separados entre sí por un milímetro de altura, y otro en el que la separación entre relojes era de seis milímetros.
El primer récord se ha obtenido en la Universidad de Colorado y el segundo en la Universidad de Wisconsin-Madison. Ambos resultados se han publicado en sendos artículos aparecidos en el repositorio ArXiv, pendientes de revisión por otros científicos.
En el primer experimento, un reloj atómico increíblemente sensible detectó esa aceleración del tiempo en una muestra de átomos separados entre sí por un milímetro de altura.
Los investigadores comprobaron que el tiempo se movió un poco más rápido en la parte superior de esa muestra que en la parte inferior.
En el segundo caso, los investigadores midieron las velocidades del tiempo en relojes atómicos separados entre sí por seis milímetros de altura.
Flujo del tiempo alterado
Flujo del tiempo alterado Uno o seis milímetros no parecen mucho, pero incluso una distancia tan pequeña puede alterar el flujo del tiempo, destaca al respecto la revista Sciencenews.
En el primer caso, la precisión alcanzada podría detectar una discrepancia en el paso del tiempo de un segundo, acumulado durante cuatro billones de años.
En el segundo caso, la precisión detectaría una diferencia de un segundo que se hubiera acumulado durante 300.000 millones de años.
El primer resultado se obtuvo utilizando un reloj compuesto por aproximadamente 100.000 átomos de estroncio ultrafríos colocados a alturas diferentes.
El registro de cómo cambió la frecuencia de resonancia atómica en esas alturas reveló un cambio: después de corregir los efectos no gravitacionales que podrían alterar la frecuencia, se obtuvo la diferencia esperada según la relatividad general.
Además, después de tomar datos durante aproximadamente 90 horas, comparando las oscilaciones atómicas de los relojes, los científicos determinaron que su técnica podría medir las tasas atómicas relativas del paso del tiempo con una precisión jamás alcanzada.
Varios relojes en uno
Varios relojes en uno El segundo resultado, en cambio, se obtuvo gracias a un nuevo tipo de reloj atómico que consta de varios relojes en uno y permite realizar comparaciones entre relojes con niveles de precisión que pueden alcanzar los 20 dígitos, explica el Laboratorio Kolkowitz, de la Universidad de Wisconsin-Madison, que es donde se ha alcanzado la segunda proeza.
La precisión metrológica alcanzada en ambos casos ofrece una sensibilidad sin precedentes para la física nueva y exótica, según los científicos.
Esta extrema precisión de la medición del reloj atómico sugiere la posibilidad de utilizarlos para comprobar otros conceptos fundamentales de la física.
Una posibilidad es la búsqueda de materia oscura, ya que su mera presencia podría ser registrada por la increíble precisión de estos relojes atómicos.
Otra posibilidad es utilizar relojes atómicos de esta precisión insólita para detectar nuevas partículas todavía no descubiertas por la ciencia, e incluso las posibles variaciones en las constantes fundamentales, según los científicos.
Referencias
Referencias Resolving the gravitational redshift within a millimeter atomic sample. Tobias Bothwell et al. arXiv:2109.12238v1 [physics.atom-ph]
High precision differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock. Xin Zheng et al. arXiv:2109.12237v1 [physics.atom-ph]
