Como describen en un estudio publicado en la revista de revisión por pares Physical Review Research, un equipo de físicos de partículas de la Universidad de Uppsala, Suecia, inventaron lo que llamaron un «reloj cuántico».
Según los investigadores, este reloj es intrínsecamente preciso. De hecho, afirman en el estudio, su reloj cuántico puede medir el tiempo con mucha más precisión de la que se ha medido nunca antes.
El tiempo cuando se hace diminuto
Las partículas cuánticas son las piezas de entidad más pequeñas posibles. Los átomos están formados por partículas cuánticas. El problema de medir el tiempo a la escala más fina es que hay que fijarse en esas partículas cuánticas, y los sucesos se vuelven borrosos a esa escala.
Así que, en lugar de tratar de precisar los cuantos, los físicos suecos utilizaron láseres para aumentar la energía de los átomos. Esto hizo que los átomos se expandieran. A continuación, los físicos observaron cómo se superponían los campos alrededor de los átomos cercanos.
En caso de que no recuerde Física 101, un átomo está formado por un núcleo y uno o más electrones. El núcleo tiene carga positiva. Los electrones tienen carga negativa. El núcleo, en el centro del átomo, está formado por protones eléctricamente positivos y neutrones eléctricamente neutros, que a su vez están formados por quarks. Los electrones orbitan alrededor del núcleo. Electrones, protones y neutrones son partículas cuánticas.
Cuando se introduce suficiente energía en un átomo, el halo de electrones que orbitan el núcleo del átomo se expande, formando lo que se denomina un átomo de Rydberg.
Un átomo de Rydberg es un átomo al que se le inyecta energía, lo que hace que la nube de electrones que lo rodea se expanda.
No se puede observar a los electrones girando alrededor de un núcleo porque son partículas cuánticas que existen en una vaga «onda» cuántica. Pero el estado Rydberg hace que esa onda adopte una forma distintiva que se puede observar.
Patrones de picos y depresiones
Al igual que las ondas en el agua, cuando las partículas cuánticas se cruzan, forman patrones de picos y depresiones.
Los científicos suecos tuvieron la idea de que la forma de las ondas que interfieren entre sí podría analizarse para revelar cuándo evolucionó cada onda en relación con las demás.
Dos ranas hacen olas en un estanque
Piense en un estanque tranquilo. Una rana salta dentro. Los círculos concéntricos de ondas se extienden lentamente por la superficie lisa. Una vez que estos círculos se han extendido por la mayor parte del estanque, otra rana salta desde el otro lado. Al principio, las ondulaciones de la segunda rana serán círculos más pequeños que se mueven contra los círculos grandes de la primera rana.
Alguien que estuviera en la orilla podría observar el patrón y saber, con solo mirarlo, que los círculos pequeños se produjeron más tarde que los círculos grandes.
Un físico que los observara podría medir el patrón superpuesto de ondulaciones y calcular exactamente cuánto tiempo transcurrió entre el momento en que la primera rana saltó al agua quieta y el momento en que la segunda rana saltó al agua quieta.
Es una buena analogía de lo que hicieron estos investigadores, salvo que en lugar de observar ranas, observaron las ondas de electrones superpuestas.
Átomos de helio simples y estables
El equipo sueco utilizó átomos de helio, que son simples y estables. El helio está formado por solo dos protones, dos neutrones y dos electrones.
Excitaron estos átomos con un láser para que las ondas empezaran a interferir entre sí y, a continuación, observaron el patrón que formaban las ondas para saber la «antigüedad» de cada una de ellas, del mismo modo que, en teoría, se podrían medir las ondas de un estanque para analizar cuándo se produjeron.
Precisión de 8 cuatrillonésimas de segundo
Según los científicos, su experimento proporcionó un sello de tiempo con una precisión de 8 cuatrillonésimas de segundo. Una cuatrillonésima es mil millones de millonésimas.
Un reloj atómico es una forma estándar de medir el tiempo. Los físicos lo han utilizado durante las últimas décadas. Un reloj atómico funciona de forma completamente distinta. Por eso los investigadores querían distinguir su forma de medir el tiempo de los relojes atómicos, así que llamaron a su método «watch» (reloj de pulsera).
Al igual que los relojes mecánicos, que tienen un mecanismo accionado por un muelle que late un determinado número de veces por segundo, la interferencia de las ondas creó «latidos cuánticos» regulares que pudieron medirse en este experimento.
Pero no se deje confundir por sus elecciones lingüísticas. En este experimento no se utilizó un reloj de pulsera real, y los físicos suecos no proporcionaron un calendario para cuando cualquiera de nosotros pueda llevar un reloj cuántico en la muñeca.
De lo material a lo metafísico
Otros físicos podrían encontrar aplicaciones prácticas para este reloj cuántico. El resto de nosotros, sin embargo, no necesitamos medir el tiempo con tanta precisión.
Pero para los profanos en la materia, este estudio es interesante porque nos hace pensar en el tiempo. La mayoría pensamos en el tiempo como una progresión de acontecimientos, algo que avanza. Pero Albert Einstein sostenía que el tiempo es relativo, que la velocidad a la que pasa o pasará el tiempo depende del marco de referencia de cada uno.
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