Dos diminutos relojes atómicos separados por menos de un milímetro consiguieron medir, a la escala más pequeña nunca vista, la dilatación del tiempo, por la que ambos funcionan a ritmos diferentes, unos de los aspectos de la Teoría de la relatividad de Albert Einstein.
Nature publica esta investigación, junto a otra que informa de la fabricación de un reloj atómico ultrapreciso, uno de los de mayor rendimiento de la historia, que está ya listo para acometer nuevos descubrimientos físicos.
La Teoría de la relatividad general de Einstein de 1915 explica los efectos a gran escala, como el efecto gravitatorio sobre el tiempo, y tiene importantes aplicaciones prácticas, como la corrección de las mediciones de los satélites GPS.
Según esta Teoría, los relojes atómicos situados a diferentes alturas en un campo gravitatorio funcionan a ritmos distintos, es decir, un reloj funciona más despacio a menor altura, un efecto ya demostrado.
En esta ocasión, un grupo del Instituto Jila (EE.UU.) logró medir esa diferencia en una distancia menor de un milímetro, que es demasiado pequeña para ser percibida directamente por el ser humano, pero que es importante en el universo y en tecnologías como el GPS.
La investigación sugiere cómo hacer relojes atómicos mucho más precisos y ofrece una vía para intentar revelar uno de los grandes dilemas de la física, cómo interactúan la relatividad y la gravedad con la mecánica cuántica.
“No hay ningún obstáculo para hacer relojes cincuenta veces más precisos que los actuales, lo cual es una noticia fantástica”, destacó uno de los autores del estudio, Jun Ye, del Jila.
Los científicos utilizaron relojes atómicos como sensores para medir la relatividad de forma cada vez más precisa, lo que podría ayudar a explicar cómo interactúan sus efectos con la mecánica cuántica, el libro de reglas del mundo subatómico.
La mejora de los relojes tiene muchas aplicaciones posibles más allá de la medición del tiempo y la navegación: pueden servir de microscopios para ver los minúsculos vínculos entre la mecánica cuántica y la gravedad, así como de telescopios para observar los rincones más profundos del universo, sugirió Jun Ye.
Los relojes atómicos también están preparados para mejorar los modelos y la comprensión de la forma de la Tierra mediante la aplicación de una ciencia de medición llamada geodesia relativista.
El nuevo reloj cuántico creado por físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (EE.UU.), cuyas características se describen en un segundo artículo publicado por Nature, puede servir para avanzar en algunos de estos descubrimientos.
El instrumento, conocido como reloj atómico de red óptica, puede medir las diferencias de tiempo con una precisión equivalente a perder solo un segundo cada 300 mil millones de años y es el primer ejemplo de reloj óptico “multiplexado”, en el que pueden existir seis relojes distintos en el mismo entorno.
Su diseño permite probar formas de buscar ondas gravitacionales, intentar detectar la materia oscura y descubrir nueva física con relojes.
“Los relojes de celosía óptica ya son los mejores relojes del mundo, y aquí conseguimos un nivel de rendimiento que nadie ha visto antes”, destacó Shimon Kolkowitz, de la Universidad de Wisconsin-Madison y autor principal del estudio.
“Estamos trabajando -dijo- tanto en la mejora de su rendimiento como en el desarrollo de aplicaciones emergentes que se beneficien de este rendimiento mejorado”.