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Foto del escritorNuno Margalha

Avances en la medición del tiempo: relojes nucleares



La construcción del primer reloj nuclear representó un hito en la tecnología asociada a la medición del tiempo, que llevó a la ciencia más allá de los límites impuestos por los relojes atómicos actuales. Estos últimos, que ya ofrecen un extraordinario nivel de precisión, se basan en transiciones electrónicas en los átomos de cesio, que oscilan a frecuencias regulares cuando se exponen a las microondas. Hasta ahora, esta metodología ha logrado un error de sólo un segundo en millones de años. Sin embargo, el reloj nuclear va más allá y utiliza la oscilación de los núcleos de los átomos, una técnica que, en teoría, puede proporcionar una precisión mucho mayor.


El principio detrás de este nuevo reloj reside en las propiedades del núcleo de torio-229, cuyas oscilaciones son increíblemente estables e inmunes a perturbaciones externas como las interferencias electromagnéticas. Las transiciones nucleares, al ser más resistentes a estos factores externos, permiten medir el tiempo con una estabilidad aún mayor que la que proporcionan las transiciones electrónicas de los relojes atómicos convencionales. Tal nivel de precisión abre las puertas al estudio de fenómenos cuánticos y gravitacionales con un rigor que antes era imposible.


La aplicación de estos nuevos relojes nucleares no se limita a mejorar las mediciones del tiempo. Tienen el potencial de crear un impacto en áreas como la geodesia relativista, permitiendo mapear las variaciones gravitacionales de la Tierra con precisión milimétrica. Su extrema sensibilidad puede utilizarse para detectar cambios mínimos en el campo gravitacional, lo que podría tener implicaciones para detectar la materia oscura, uno de los mayores misterios de la física moderna, y para realizar estudios avanzados sobre la interacción entre la gravedad y las leyes de la gravedad. de la física cuántica.



Paralelamente, investigadores del JILA , un instituto conjunto del NIST y la Universidad de Colorado, pudieron medir recientemente los efectos de la relatividad general a una escala sin precedentes utilizando relojes atómicos de estroncio.


Einstein predijo que el tiempo fluye de manera diferente dependiendo de la intensidad del campo gravitacional, y que cuanto más cerca del centro de gravedad, más lento pasa el tiempo. Los científicos han demostrado este efecto con una precisión impresionante, midiendo la diferencia en el paso del tiempo entre dos puntos separados por apenas un milímetro. Este experimento no sólo refuerza la teoría de la relatividad general, sino que también demuestra que los efectos gravitacionales se pueden estudiar a escala microscópica.


El proceso utilizado por los científicos de JILA implica el uso de una "retícula óptica", un sistema de rayos láser que crea una especie de trampa para los átomos de estroncio ultrafríos. Al reducir la intensidad de los rayos láser y distribuir los átomos en una "cuadrícula" más uniforme y menos densa, pudieron reducir los errores causados por las interacciones entre los átomos y la luz. Este método permitió que los átomos oscilaran en sincronía durante un período récord de 37 segundos, lo que permitió a los científicos medir con precisión la dilatación del tiempo predicha por Einstein.


Además de la precisión temporal, este avance tiene implicaciones en varias áreas. Relojes más precisos pueden mejorar la navegación espacial, especialmente en misiones de larga distancia, donde pequeños errores de sincronización pueden traducirse en grandes desviaciones de trayectoria. Estos relojes también pueden utilizarse como sensores en áreas tan diversas como la física de partículas, la detección de recursos naturales subterráneos y el estudio de la estructura del universo. La capacidad de medir con precisión los efectos relativistas a escalas microscópicas permite a los científicos explorar el vínculo entre los fenómenos cuánticos y gravitacionales, uno de los grandes desafíos de la física moderna.


En conclusión, tanto el desarrollo del reloj nuclear como las innovaciones en el uso de los relojes atómicos de estroncio representan avances tecnológicos de gran importancia. Estos nuevos relojes no sólo redefinen la forma en que medimos el tiempo, sino que también abren nuevas posibilidades para la ciencia fundamental, permitiéndonos estudiar el universo con una precisión y profundidad nunca antes vistas.

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