Crean el reloj más preciso del mundo

Si lo pusiéramos en funcionamiento en el 'año cero', estaría haciendo 'tick' de manera estable y sin desviarse durante mil veces la edad del universo.

Reloj atómico

Tempus fugit. Desde los albores de la humanidad, hemos regulado nuestros ritmos y comportamientos al compás de la propia Tierra, y a su vez, la especie humana ha tratado de crear herramientas y, más tarde, tecnología capaz de medir con la mayor precisión posible la actividad cíclica del espacio-tiempo que nos rodea.

A día de hoy, el ser humano ha logrado el  reloj más preciso que jamás haya creado. Pero no es como te lo imaginas: se trata de un cubo de gas cuántico.

Para comprenderlo, analicemos cuál ha sido el reloj más preciso logrado hasta el momento. Fue creado en 2015, y tenía una precisión extrema: menos de un segundo en quince mil millones de años (mucho más de la edad del universo, de trece mil ochocientos millones de años). También se diseñó de atómos de estroncio.

Los relojes atómicos anteriores se creaban con átomos de cesio, que se consideraban bastante precisos: en ellos, el cálculo del tiempo se basa en lo que dura los cambios de energía de los electrones en los átomos. Cada cambio es un ciclo, y un segundo se considera, oficialmente, unos nueve mil millones de ciclos de un átomo de cesio.

Ahora, el nuevo reloj atómico de átomos de estroncio, diseñado por un equipo de la Universidad de Colorado y dirigido por el científico Jun Ye, tiene una precisión es mucho mayor a la del reloj de 2015: Si lo pusiéramos en funcionamiento en el año cero, estaría haciendo 'tick' de manera estable y sin desviarse durante mil veces la edad del universo.

Funciona de la siguiente manera: los científicos colocaron los átomos de estroncio en un patrón de rejilla y luego los apilaron formando torres, en una estructura tridimensional, de manera mucho más eficiente que como se colocaban anteriormente los átomos de cesio: en concreto, diez millones de átomos por centímetro cúbico.

¿Cómo miden el tiempo este tipo de relojes?

El tic-tac se mide a través de microondas emitidas por los electrones alrededor de los átomos, que saltan de una órbita más baja a una más alta, ya que absorben y luego pierden energía proveniente de un láser.

Y, ¿qué tenían de malo los relojes de átomos de cesio?

Lo cierto es que la precisión con la que los  electrones de cesio pueden medir el tiempo tienen un límite de velocidad: pueden saltar hacia adelante y hacia atrás 'solo' nueve mil millones de veces por segundo. Los electrones en átomos de estroncio, en cambio, pueden transitar casi un millón de millones de veces por segundo.

Por tanto, en el nuevo reloj, la estructura 3D en la que agruparon los átomos de estroncio les permitió medir señales de más átomos al mismo tiempo dentro del ancho del rayo láser: diez trillones de átomos por centímetro cúbico en comparación con relojes anteriores, con diez mil millones de átomos por centímetro cúbico.

Además, los investigadores enfriaron los átomos a  -273 grados centígrados (el límite físicamente alcanzable o 'cero absoluto') y los atraparon en un lugar fijo para controlar las interacciones entre ellos. "Imagina un escenario en el que tenga una vivienda para una sola persona en un bloque de la ciudad. Una persona vive en cada casa y a los vecinos nunca se les permite entrar ", explica Ye. "Cada átomo encaja en un sitio en particular."

Reloj atómico

Imagen: Un rayo láser azul excita una nube en forma de cubo de átomos de estroncio/G.E. Marti/JILA

Las temperaturas ultra-bajas convierten a los átomos en lo que se conoce como gas cuántico. "Cuando los átomos están en la fase gaseosa son muy calientes, se están separando y chocando entre sí", dice. "Esto cambia cuando se baja la temperatura del gas, tanto que estas partículas empiezan a moverse como ondas, evitándose mutuamente".

Y, todo ello, da como resultado el reloj más preciso del mundo: solo se retrasaría tres veces y media de cada diez quintillones; o, lo que es lo mismo, solo cuatro tics de cada diez elevado a la diecinueve.

¿Para qué sirve un reloj tan extremadamente preciso?

Disponer de relojes que no se retrasen ni un segundo en el tiempo, desde que el universo se formó, es vital para probar teorías como la Relatividad General de Einstein. Además los relojes de tan enorme precisión, que se mantienen exactos durante miles de millones de años, pueden tener muy diversas aplicaciones: en meteorología, radioastronomía, y constituyen la base de los GPS.

Referencia: 

W. B. Cairncross, Gresh, D. N. , Grau, M. , Cossel, K. C. , Roussy, T. S. , Ni, Y. , Zhou, Y. , Ye, J. , and Cornell, E. A. , “Precision Measurement of the Electron’s Electric Dipole Moment Using Trapped Molecular Ions”, Physical Review Letters, vol. 119, no. 15, p. 153001, 2017.

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