Los físicos miden la distorsión del tiempo gravitacional al milímetro
El flujo del tiempo no es tan constante como podría pensarse: la gravedad lo ralentiza, por lo que los relojes en la superficie de la Tierra funcionan más lentamente que los del espacio. Ahora, los investigadores han medido el paso del tiempo a diferentes velocidades en solo un milímetro, la distancia más pequeña hasta la fecha.
La idea de que el tiempo se ve afectado por la gravedad fue propuesta por primera vez por Albert Einstein en 1915, como parte de su teoría de la relatividad general. El espacio y el tiempo están inextricablemente vinculados, y grandes masas están deformando el tejido del espacio-tiempo con su inmensa influencia gravitatoria. Esto tiene el efecto de hacer que el tiempo pase más lentamente cerca de una gran masa como un planeta, una estrella o, en el ejemplo más extremo, un agujero negro. Este fenómeno se conoce como dilatación del tiempo.
Aquí en la Tierra, la dilatación del tiempo significa efectivamente que el tiempo se mueve más rápido en altitudes más altas. Entonces, por ejemplo, el tiempo pasa más rápido en la cima del monte Everest que al nivel del mar, pero esto también se aplica a distancias más cortas: alguien que vive en un departamento del décimo piso envejecerá más rápido que alguien que vive en el primer piso, y tu cabeza envejece. más rápido que tus pies.
Por supuesto, las diferencias en el paso del tiempo en estas distancias son tan pequeñas que son imperceptibles, pero se pueden medir usando relojes atómicos, que marcan el tiempo con mucha precisión usando los tictacs confiables de los átomos. Comparando relojes atómicos en satélites y desde los aviones hasta los que están en tierra, los científicos han podido medir la dilatación del tiempo en distancias de hasta miles de millas. Pero en un nuevo estudio, los investigadores de JILA han medido la dilatación del tiempo en la distancia más pequeña hasta ahora: solo un milímetro.
Para realizar esta medición, el equipo utilizó un reloj atómico compuesto por una nube ultrafría de alrededor de 100.000 átomos de estroncio. El «tictac» del reloj proviene de los átomos que alternan entre dos niveles de energía, lo que hacen a una frecuencia extremadamente confiable. A través de un control cuidadoso de estos estados de energía, el equipo pudo hacer vibrar todos los átomos en la nube al unísono perfecto durante un tiempo récord de 37 segundos.
Actualmente, la fuerza de la gravedad no se puede explicar en términos de física cuántica, pero poder medir sus efectos en escalas cada vez más pequeñas podría revelar sus secretos y tal vez revelar el eslabón perdido entre la física cuántica y la física clásica.
En este reloj atómico en particular, los átomos se han cargado en una red óptica, que los organiza en varias capas delgadas como una pila de panqueques. Una vez que los átomos latían al unísono, los científicos utilizaron técnicas de imagen extremadamente precisas para medir el tic-tac en la parte superior de la pila en relación con la parte inferior.
Y efectivamente, detectaron una diferencia entre las dos regiones, debido a la dilatación del tiempo. El cambio en las frecuencias fue, por supuesto, pequeño, solo 0.00000000000000000001, pero era medible.
El equipo dice que este trabajo no solo podría ayudar a que los relojes atómicos sean 50 veces más precisos de lo que son actualmente, sino que también podría abrir nuevas herramientas para investigar los misterios de la física. Actualmente, la fuerza de la gravedad no se puede explicar en términos de física cuántica, pero poder medir sus efectos en escalas cada vez más pequeñas podría revelar sus secretos y tal vez revelar el eslabón perdido entre la física cuántica y la física clásica.
«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», dijo Jun Ye, autor principal del estudio. «Ser capaces de medir la diferencia de tiempo en una escala tan pequeña podría permitirnos descubrir, por ejemplo, que la gravedad interrumpe la coherencia cuántica, lo que podría ser la raíz de por qué nuestro mundo a gran escala es clásico».
La investigación fue publicada en la revista Naturaleza. El equipo explica el trabajo en el siguiente video.
Einstein, el tiempo y las cosas muy pequeñas – con Jun Ye
La fuente: NIST
