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Un equipo de investigadores del JILA, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de la Universidad de Colorado, ha encontrado una forma de utilizar un reloj atómico para demostrar un principio de la relatividad general.
El artículo está disponible en ArXiv. El equipo explica cómo han podido medir el desplazamiento gravitacional en una sola muestra de estroncio ultrafrío a escala milimétrica. Es un logro increíble.
El corrimiento gravitacional es el fenómeno por el cual un fotón que escapa de un pozo gravitacional (en este caso nuestro planeta) es estirado por la gravedad del objeto masivo. Los relojes atómicos normales han podido medir este efecto en escalas que van desde los 30 centímetros hasta los miles de kilómetros, y ahora los relojes atómicos ópticos lo llevan a la escala más pequeña.
El reloj atómico utilizado por los investigadores estaba formado por 100.000 átomos de estroncio superenfriados y dispuestos en un entramado vertical. Los investigadores midieron la velocidad de "meneo" de las ondas de luz de los átomos de la parte superior del entramado (los ticks del reloj) y los compararon con la velocidad de las ondas de luz de los átomos de la parte inferior; la diferencia supuso un desplazamiento al rojo. A medida que realizaban sus mediciones, los investigadores también hacían correcciones para eliminar otros factores que pudieran afectar al tictac de su reloj. Encontraron un desplazamiento de la frecuencia de aproximadamente una centésima de cuatrillón por ciento en una distancia de un solo milímetro, casi exactamente lo que la teoría había predicho. A continuación, los investigadores repitieron el experimento varias veces durante aproximadamente 90 horas, comparando las diferencias en los tics y luego promediándolas. Al hacerlo, descubrieron que podían obtener una precisión de medición de 0,76 millonésimas de trillón por ciento, un nuevo récord.
Este emocionante resultado preliminar se debe a la increíble sensibilidad de estos relojes atómicos ópticos. A principios de este año, el equipo dirigido por el profesor Jun Ye anunció que había alcanzado la mayor precisión hasta la fecha para un reloj. Sus tres relojes eran tan precisos que las incertidumbres de las mediciones realizadas nunca superaron las 8 partes en 1018 (o 0,00000000000008).
Pero este increíble resultado es solo el principio. El equipo tiene previsto llevar la precisión hasta el límite y espera alcanzar pronto mediciones 100 veces o incluso 1.000 veces mejores que las demostradas este año.
"Nos esperan descubrimientos muy interesantes si llegamos a los tiempos sensibles a la pequeñísima curvatura del espacio-tiempo", dijo el profesor Ye en un comunicado a IFLScience.
Una vez que sean lo suficientemente sensibles, estos relojes medirán tanto los efectos relativistas como los efectos mecánicos cuánticos. Las dos teorías cruciales de la física no funcionan bien juntas cuando las usamos en combinación para explicar cosas como los agujeros negros. Así que verlas interactuar en el laboratorio proporcionará una nueva e increíble ventana a las fronteras de nuestra comprensión de la física.
Fuentes, créditos y referencias:
Tobias Bothwell et al, Resolving the gravitational redshift within a millimeter atomic sample. arXiv:2109.12238v1 [physics.atom-ph], arxiv.org/abs/2109.12238
Xin Zheng et al, High precision differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock. arXiv:2109.12237v1 [physics.atom-ph], arxiv.org/abs/2109.12237