Este nuevo reloj atómico es tan exacto que podría usarse para detectar materia oscura

El reloj es tan preciso que no gana ni pierde más de un segundo en 14 mil millones de años, aproximadamente la edad del cosmos. Su tasa de tictac es tan estable que varía solo un 0.000000000000000032% en el transcurso de un solo día.

Ese nivel de exactitud no es realmente necesario para aquellos que confiamos en los relojes para llegar a tiempo a una cita con el médico o para saber cuándo reunirnos con amigos.

Pero mantener el tiempo es solo el comienzo. Este nuevo reloj es tan exacto que podría usarse para detectar materia oscura, medir las ondas gravitacionales que se extienden por todo el universo y determinar la forma exacta del campo gravitatorio de la Tierra con una precisión sin precedentes.

De hecho, estos relojes hiper-precisos pueden ayudar a los científicos a investigar mejor los misterios del cosmos, dijeron los expertos.

“Resulta que si tienes todos estos dígitos de precisión para realizar una medición, puede darte un microscopio a nuestro universo”, dijo el físico Andrew Ludlow, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Boulder, Colorado. Ludlow dirigió el trabajo que produjo el nuevo reloj, que fue descrito en la revista Nature a principios de diciembre.

Desde la década de 1960, el tiempo ha sido medido por los llamados relojes atómicos que utilizan las oscilaciones naturales de un átomo de cesio como un péndulo. Piense en ello como un reloj con una mano que se mueve un poco más de 9 mil millones de veces por segundo.

El reloj de celosía óptica que desarrollaron Ludlow y sus colegas mide las oscilaciones mucho más rápidas de un átomo de iterbio. Su péndulo atómico oscila alrededor de 10,000 veces más rápido, a una velocidad de 500 billones de veces por segundo.

“El cesio es un hermoso sistema atómico, pero hemos alcanzado los límites básicos de lo bueno que puede ser”, dijo Ludlow. “El iterbio puede dividir el tiempo en intervalos mucho más finos, lo que mejora la precisión con la que se puede medir”.

Los relojes de celosía óptica han existido por solo 15 años, y todavía están en la etapa de desarrollo, dijo Ludlow. Los científicos continúan jugueteando con ellos, aumentando gradualmente su precisión con cada nuevo ajuste.

La mayoría de las mejoras en la última iteración se deben a un nuevo escudo térmico que el grupo de Ludlow desarrolló hace unos años. Protege a los átomos de iterbio de los efectos del calor y los campos eléctricos, que pueden interferir con sus oscilaciones naturales.

“Queremos estar seguros de que cuando estemos midiendo la tasa de tictac del átomo, estemos midiendo la tasa que la Madre Naturaleza le dio, y que no se vea perturbada o cambiada debido a un efecto ambiental”, dijo.

Con tantas oscilaciones, el reloj de iterbio puede detectar cambios en el campo gravitatorio de nuestro planeta con una precisión sin precedentes, escribió Ludlow y sus coautores en Nature.

Como predice la teoría de la relatividad general de Einstein, el tiempo se mueve de manera diferente dependiendo de dónde te encuentres en un campo de gravedad.

Un reloj en la cima de una montaña alta, lejos del centro de la Tierra, funcionará un poquito más rápido que un reloj en la base de esa misma montaña.

No es un error mecánico. El tiempo pasa más rápido en la cima de esa montaña.

La mayoría de los relojes no son lo suficientemente precisos para registrar esa diferencia extremadamente sutil. Después de todo, en 10 años, dos relojes que están a una distancia de 1,000 metros en altura tendrán una diferencia de tan solo 31 millonésimas de segundo.

Los científicos ya han demostrado que es posible medir las diferencias en el campo gravitatorio de la Tierra al comparar la tasa de tictac de dos relojes de celosía óptica en diferentes ubicaciones. Sin embargo, hasta ahora esos mismos mapas de gravedad podrían hacerse con la misma precisión usando otras técnicas más baratas.

El nuevo reloj puede detectar cambios en solo 1 centímetro de elevación, una medida mucho más precisa de lo que era posible anteriormente, dijo Ludlow.

Además, su equipo forma parte de una colaboración internacional que utiliza relojes hipersensibles para tratar de detectar materia oscura, la cosa misteriosa que se cree que es cinco veces más abundante en el universo que la materia normal.

“Se sabe muy poco acerca de la materia oscura, pero la mayoría de las teorías predicen que interactuaría con los átomos de una manera que afectaría la tasa de tictac de nuestro reloj”, dijo.

El equipo también está experimentando con el uso de los relojes para buscar los mismos tipos de ondas gravitacionales que se observaron por primera vez con el observatorio LIGO, confirmando un aspecto importante de la famosa teoría de Einstein.

A pesar de la increíble precisión del nuevo reloj, el equipo aún no ha alcanzado el límite de sus capacidades. Más retoques ya están en las obras.

“El rendimiento es como nada que hayamos visto antes”, dijo Ludlow, “pero ya tenemos algunas ideas sobre cómo queremos reconstruir cosas que podrían llevar a mejoras aún más significativas”.

Si quiere leer este artículo en inglés, haga clic aquí.