La medición del tiempo ha alcanzado un nuevo hito con la creación del que se espera que sea el reloj más preciso del mundo. Este logro ha sido posible gracias al uso de átomos de estroncio (un elemento químico) en condiciones casi tan frías como el cero absoluto, un avance que podría tener aplicaciones en diversas áreas de la ciencia y la tecnología.
En concreto, se trata de un reloj atómico desarrollado por el estudiante de posgrado Alexander Aeppli y su equipo en la Universidad de Colorado en Boulder (EE. UU). Se cree que dicho aparato ha establecido un nuevo récord de precisión.
Construyen el reloj atómico más preciso del mundo
Este reloj atómico tiene una precisión tal que perderá menos de un segundo cada 40 mil millones de años, una duración tres veces mayor que la edad del universo, según los investigadores. Para poner esto en perspectiva, los relojes atómicos anteriores, ya considerados extremadamente precisos, tenían una precisión de la mitad de esta nueva marca.
Tecnología del reloj de estroncio
El núcleo de este reloj está formado por aproximadamente 40.000 átomos de estroncio, que son enfriados mediante láseres a una temperatura solo una cien mil millonésima de grado por encima del cero absoluto. Esta temperatura ultrafría es crucial para minimizar el movimiento térmico de los átomos, lo que a su vez reduce las inexactitudes en la medición del tiempo.
“Estamos haciendo un montón de trucos para convertirlo en el reloj más preciso posible”, explicó Aeppli en declaraciones recogidas por New Scientist. De hecho, el nuevo aparato es dos veces más preciso que cualquier otro reloj atómico anterior.
Alexander Aeppli, estudiante de postgrado del JILA, junto al reloj atómico de estroncio del laboratorio de Jun Ye, miembro del JILA y del NIST.
El “tic-tac” del reloj es generado por los electrones dentro de estos átomos, que oscilan rápidamente entre dos estados cuánticos específicos. Para garantizar esta precisión extrema, el equipo de Aeppli aisló a los átomos de cualquier interferencia externa, como la radiación térmica de los objetos en el laboratorio. Esta protección es vital para mantener la estabilidad de las oscilaciones atómicas, según los investigadores.
Rompiendo barreras en la medición del tiempo
El desarrollo de este reloj no solo ha sacudido la comunidad científica, sino que también representa un gran avance en la tecnología de relojes atómicos. El investigador de la Universidad de California (EE. UU), Shimon Kolkowitz, puso en valor el enorme esfuerzo y la precisión requeridos para alcanzar tal nivel de exactitud. “Es como cuando alguien bate un nuevo récord mundial de atletismo. Es realmente impresionante y requiere mucho trabajo”, en sus propias palabras.
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Y aunque la creación de este reloj no conlleva inmediatamente nuevos descubrimientos en física, el detallado examen de todas las posibles fuentes de inexactitud establece un estándar de referencia para todos los relojes atómicos futuros. Desde el punto de vista de estos científicos, este avance empujará el campo de la metrología hacia nuevas fronteras, mejorando la precisión en diversas aplicaciones científicas y tecnológicas.
Aplicaciones futuras
La precisión extrema de estos relojes atómicos podría tener aplicaciones revolucionarias. Uno de los posibles usos es en la detección de materia oscura, una de las grandes incógnitas de la física moderna. Además, podrían mejorar significativamente la precisión de los sistemas de navegación por GPS, que dependen de la exactitud del tiempo para calcular posiciones con alta precisión.
Cabe recordar que los satélites GPS llevan relojes atómicos y deben corregir sus señales para los efectos de la relatividad general y especial. Sin estas correcciones, los errores en la posición podrían ser de varios kilómetros.
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Asimismo, de acuerdo con los investigadores, otro campo beneficiado podría ser la geofísica, donde estas herramientas podrían ayudar a detectar movimientos minúsculos de las placas tectónicas, proporcionando datos trascendentales para la predicción de terremotos u otros fenómenos geológicos. “Cada vez que mejoramos la medición del tiempo, se abren nuevas áreas de estudio en física”, señalaba Aeppli, subrayando el potencial de estos relojes para impulsar el conocimiento científico.
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Una cuestión de tiempo
El desarrollo de estos aparatos en cuestión ha sido un área de investigación activa durante décadas. Los avances recientes se basan en principios cuánticos, donde los átomos y sus componentes subatómicos pueden ser manipulados con precisión extrema.
Conviene señalar que los relojes atómicos utilizan la frecuencia de las transiciones electrónicas en los átomos como una referencia extremadamente estable para medir el tiempo. En este contexto, estudios anteriores han documentado avances en este campo, incluyendo la utilización de redes ópticas y técnicas de enfriamiento por láser.
Por una parte, utilizan redes ópticas para atrapar los átomos y mantenerlos en una posición fija, lo que mejora la precisión de la medición del tiempo. Por otra, se emplea la técnica de enfriamiento por láser, utilizada para reducir la temperatura de los átomos de estroncio. Esta fue reconocida con el Premio Nobel de Física en 1997, otorgado a los científicos Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William D. Phillips.
Cabe añadir que el primer reloj atómico, desarrollado en 1949, utilizaba el amoníaco como base. Sin embargo, los relojes atómicos modernos se basan en el cesio y ahora, en el estroncio y otros elementos, debido a su mayor estabilidad.
Referencias:
- Aepplo, A, Kyungtae, K (2024) ‘A clock with 8×10−19 systematic uncertainty’ arXiv:2403.10664 [physics.atom-ph]
Fuente de TenemosNoticias.com: www.muyinteresante.com
Publicado el: 2024-07-10 15:30:00
En la sección: Muy Interesante