El Reloj Más Preciso Del Mundo Impulsado Por Átomos De Estroncio Supercold

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Un nuevo tipo de reloj atómico es más preciso que cualquier otro que se haya construido, con la capacidad de hacer tictac sin problemas durante mil veces la vida del universo.

Un nuevo tipo de reloj atómico es más preciso que cualquier otro que se haya construido, con la capacidad de hacer tictac sin problemas durante mil veces la vida del universo. Además de ser el mejor cronometrador hasta la fecha, el nuevo llamado reloj de gas cuántico podría algún día ofrecer información sobre la nueva física.

Los investigadores en JILA (anteriormente también conocido como el Instituto Conjunto de Astrofísica de Laboratorio) utilizaron una combinación de átomos de estroncio y una serie de rayos láser para crear un reloj tan preciso que podría medir la interacción de la gravedad a escalas más pequeñas que nunca.. Al hacerlo, podría arrojar luz sobre la naturaleza de su relación con otras fuerzas fundamentales, un misterio que ha desconcertado a los físicos durante décadas.

Los relojes atómicos miden el tiempo utilizando las vibraciones de los átomos como un metrónomo muy preciso. Los relojes atómicos actuales están apagados por segundos durante decenas de miles de millones de años. Esta nueva iteración es lo suficientemente precisa como para que se desactive en solo 1 segundo durante unos 90 mil millones de años. [5 de los relojes más precisos jamás hechos]

Para obtener ese tipo de precisión, el equipo enfrió los átomos de estroncio para evitar que se movieran y chocaran entre sí, algo que puede desprenderse de sus vibraciones. Primero, golpean los átomos con láser. Cuando fueron alcanzados por los fotones en los láseres, los átomos absorbieron su energía y reemitieron un fotón, perdiendo energía cinética y enfriándose. Pero eso no les enfrió lo suficiente. Así que para enfriarlos aún más, el equipo confió en el enfriamiento evaporativo, permitiendo que algunos de los átomos de estroncio se evaporen y acepten aún más energía. Se quedaron con entre 10,000 y 100,000 átomos, a una temperatura de solo 10 a 60 mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto, o menos 459 grados Fahrenheit (menos 273 grados Celsius).

Los átomos fríos quedaron atrapados por un arreglo 3D de láseres. Las vigas fueron configuradas para interferir entre sí. A medida que lo hacían, creaban regiones de bajo y alto potencial de energía, llamados pozos potenciales. Los pozos actúan como cartones de huevos apilados, y cada uno contiene un átomo de estroncio.

Los átomos se enfriaron tanto que dejaron de interactuar entre sí, a diferencia de un gas normal, en el que los átomos corren al azar y rebotan contra sus semejantes, tales átomos enfriados permanecen inmóviles. Luego comienzan a comportarse de una manera que es menos como un gas y más como un sólido, aunque la distancia entre ellos es mucho mayor que lo que se encuentra en el estroncio sólido. [8 maneras en que puedes ver la teoría de la relatividad de Einstein en la vida real]

"Desde ese punto de vista, es un material muy interesante; ahora tiene propiedades como si fuera un estado sólido", dijo a WordsSideKick.com el líder del proyecto, Jun Ye, físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. (JILA es operada conjuntamente por el NIST y la Universidad de Colorado en Boulder).

En este punto, el reloj estaba listo para comenzar a ahorrar tiempo: los investigadores golpearon los átomos con un láser, emocionando a uno de los electrones que orbitan el núcleo del estroncio. Debido a que los electrones se rigen por las leyes de la mecánica cuántica, uno no puede decir en qué nivel de energía está el electrón una vez que está excitado, y solo puede decir que tiene una probabilidad de estar en uno u otro. Para medir el electrón, después de 10 segundos, dispararon otro láser al átomo. Ese láser mide dónde se ubica el electrón alrededor del núcleo, a medida que un fotón del láser es reemitido por el átomo, y cuántas veces osciló en ese período (los 10 segundos).

Promediar esta medida sobre miles de átomos es lo que le da a este reloj atómico su precisión, así como promediar los latidos de miles de péndulos idénticos le dará una idea más precisa de cuál debería ser el período de ese péndulo.

Hasta ahora, los relojes atómicos tenían solo "cadenas" de átomos en lugar de una red tridimensional, por lo que no podían tomar tantas medidas como esta, dijo Ye.

"Es como comparar relojes", dijo Ye. "Usando esa analogía, el pulso láser en los átomos inicia una oscilación coherente. Diez segundos más tarde, volvemos a encender el pulso y le preguntamos al electrón: '¿Dónde estás?'" Esa medida se promedia en miles de átomos.

Mantener los electrones en ese estado intermedio es difícil, dijo Ye, y esa es otra razón por la que los átomos necesitan estar tan fríos, para que los electrones no toquen accidentalmente ninguna otra cosa.

El reloj esencialmente puede medir segundos hasta 1 parte en billones. Esta habilidad hace más que un muy buen cronometrador; Podría ayudar en la búsqueda de fenómenos como la materia oscura, dijo Ye. Por ejemplo, uno podría establecer un experimento en el espacio usando un temporizador tan preciso para ver si los átomos se comportan de manera diferente a lo que predicen las teorías convencionales.

El estudio se detalla en la edición del 6 de octubre de la revista Science.

Publicado originalmente en WordsSideKick.com.


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