Los físicos dieron a conocer recientemente al público el reloj más preciso del mundo, cuyo diseño único se basa en la organización especial de los átomos de estroncio en un espacio tridimensional. Resultó que este dispositivo es útil no solo para medir el tiempo, sino también para buscar misteriosa materia oscura en las profundidades del espacio.
Los científicos del laboratorio JILA de Boulder en la Universidad de Colorado han desarrollado un reloj atómico cuántico increíblemente preciso basado en una estructura tridimensional única. El proyecto estableció literalmente un nuevo punto de referencia para el factor de calidad, una métrica que caracteriza la precisión de la medición. El reloj forma átomos de estroncio en un cubo, que es 1000 veces más denso que el reloj unidimensional anterior. Por primera vez, el diseño permite a los científicos utilizar con éxito el llamado "gas cuántico" para este propósito.
El reloj más preciso del mundo
norte
Un reloj atómico (también conocido como reloj cuántico o molecular) es un dispositivo para medir el tiempo, en el que, como proceso periódico, no se usa un mecanismo de silicio, sino vibraciones que ocurren a nivel atómico y molecular. Por ejemplo, según el sistema internacional SI, 1 segundo es igual a 9 192 631 770 períodos de radiación electromagnética que se producen durante la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133.
Anteriormente, cada átomo de un reloj atómico se consideraba una partícula separada y, por lo tanto, las interacciones entre los átomos podían causar inexactitudes en las mediciones realizadas. Sin embargo, el "sistema cuántico de muchos cuerpos" utilizado en el nuevo proyecto organiza los átomos de acuerdo con un patrón determinado, lo que les permite bloquear su interacción, independientemente de cuántos átomos introduzcan los científicos en el aparato. Un estado de la materia conocido como gas Fermi degenerado (un gas compuesto por partículas de Fermi) permite cuantificar todos los átomos del sistema.
"El aspecto más importante del potencial de un reloj de gas cuántico es su capacidad para aumentar el número de átomos, lo que da como resultado un enorme aumento de la estabilidad", explica el físico Jun Yeh del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), que trabajó en el proyecto. Según él, la humanidad está entrando en "una era verdaderamente emocionante en la que podemos someter la materia a la ingeniería cuántica para medir cantidades específicas". En las pruebas de laboratorio, el error fue de 3,5 x 10 trillones: este es el primer reloj atómico que logra una precisión tan impresionante.
Thomas O'Brien, jefe de física cuántica y líder del proyecto del NIST, afirma que "un reloj de estroncio que utiliza un gas cuántico es un ejemplo sorprendente de una tecnología de" nueva revolución cuántica ", a veces denominada" cuántica 2.0 ". También confía en que dicho enfoque y el desarrollo de tecnologías similares en el futuro permitirán el uso de correlaciones cuánticas para una amplia gama de medidas e incluso para tecnologías que no están relacionadas con el tiempo.
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Tiempo y espacio
El reloj atómico, por ejemplo, es excelente para investigar sobre la comprensión de la materia oscura. Los investigadores ya han sugerido que el estudio de errores menores en el funcionamiento de los relojes atómicos no rastreará más que "bolsas" de materia oscura en el espacio. Estudios anteriores han demostrado que un sistema de reloj atómico e incluso uno de esos aparatos altamente sensibles pueden registrar cambios en la frecuencia de vibración de los átomos y la radiación láser si pasan a través de un área de materia oscura. Teniendo en cuenta que el nuevo proyecto es mucho más estable y preciso que sus predecesores, quizás nos ayude a desentrañar uno de los misterios más interesantes del Universo.
Vasily Makarov
