En su teoría de la relatividad general, Einstein predijo algo llamado dilatación del tiempo: la idea de que dos relojes sometidos a dos fuerzas gravitatorias diferentes siempre marcarán velocidades diferentes. El efecto se ha observado en muchos experimentos desde entonces, pero ahora los científicos lo han registrado en la escala más pequeña vista hasta ahora.
El resultado se logró utilizando relojes atómicos ultraprecisos separados por solo un milímetro, aproximadamente del ancho de la punta afilada de un lápiz. La recopilación de 90 horas de datos le dio al equipo una lectura 50 veces más precisa que cualquier medición similar anterior.
Y, por supuesto, cuanto más pequeña y precisa es la escala, más confiamos en la mecánica cuántica para explicar lo que está pasando. Los investigadores esperan que sus nuevas lecturas abran una vía para aprender más sobre cómo la curvatura del espacio-tiempo, lo que experimentamos como gravedad, afecta las características de las partículas según la física cuántica.
“El resultado más importante y emocionante es que potencialmente podemos conectar la física cuántica con la gravedad, por ejemplo, probando la física compleja cuando las partículas se distribuyen en diferentes lugares en el espacio-tiempo curvo”, dice el físico Jun Ye de la Universidad de Colorado Boulder.
En este experimento, los investigadores utilizaron lo que se conoce como red óptica, una red de luz láser utilizada para atrapar átomos en su lugar para que puedan ser observados. Es una técnica utilizada para la última generación de relojes atómicos, que ofrece más precisión en el cronometraje a través de las ondas de luz láser, y estas redes también se pueden usar para simulaciones cuánticas.
Aquí, las dos lecturas del reloj atómico se tomaron de la misma nube de átomos, en un estado de energía altamente controlado. De hecho, los átomos oscilaron entre dos niveles de energía en perfecta sincronización durante 37 segundos, un récord en términos de coherencia cuántica (es decir, mantener estables los estados cuánticos), y esa estabilidad es esencial para estas mediciones.
Eso permitió a los científicos tomar sus lecturas en dos puntos separados, midiendo el desplazamiento hacia el rojo a través de la nube de unos 100.000 átomos de estroncio ultrafríos. El corrimiento al rojo muestra el cambio en la frecuencia de la radiación de los átomos a lo largo del espectro electromagnético, o en otras palabras, qué tan rápido está el reloj atómico.
Si bien la diferencia en el corrimiento al rojo a lo largo de esta pequeña distancia fue de solo 0.00000000000000000001 más o menos, eso está en línea con las predicciones hechas por la relatividad general. Esas diferencias pueden marcar la diferencia cuando se sale a la escala de todo el Universo, o incluso cuando se trata de sistemas que deben ser ultra precisos, como la navegación GPS.
“Este es un juego de pelota completamente nuevo, un nuevo régimen en el que se puede explorar la mecánica cuántica en el espacio-tiempo curvo”, dice Ye.
“Si pudiéramos medir el corrimiento al rojo 10 veces incluso mejor que esto, seríamos capaces de ver las ondas de materia completas de los átomos a través de la curvatura del espacio-tiempo. Ser capaces de medir la diferencia de tiempo en una escala de minutos podría permitirnos descubra, por ejemplo, que la gravedad interrumpe la coherencia cuántica, lo que podría explicar por qué nuestro mundo a macroescala es clásico”.
Parte de lo que hace que esta investigación sobre la dilatación del tiempo sea tan emocionante es que señala el camino hacia relojes atómicos que serán aún más precisos en el futuro, brindando a los científicos un modelo que puede ser refinado para tomar medidas en escalas cada vez más pequeñas. Los relojes atómicos han recorrido un largo camino en las últimas décadas, y hay mucho más por venir.
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
