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Crean el reloj más preciso del mundo

reloj mas preciso del mundo

Podrían pasar 15 mil millones de años , aproximadamente la vida del universo, para que el reloj que ocupa el laboratorio subterráneo de Jun Ye en la Universidad de Colorado pierda un segundo. 

Es el reloj más preciso del mundo. Por su invención, el científico chino-estadounidense Jun Ye y el japonés Hidetoshi Katori se repartirán 3 millones de dólares (unos 2,5 millones de euros) como ganadores del premio Breakthrough 2022 en Física Fundamental.

Trabajando de forma independiente, los dos científicos desarrollaron técnicas láser para capturar y enfriar átomos , capturando sus vibraciones, para construir los llamados «relojes de red óptica», las piezas de sincronización más precisas jamás construidas. Estos relojes pierden un segundo cada 15 mil millones de años . En comparación, los relojes atómicos actuales pierden un segundo cada 100 millones de años.

Pero, ¿qué se consigue con esta mayor precisión?

«Es realmente una herramienta que nos permite sondear el tejido básico del espacio-tiempo en el universo«, explicó Ye. En el laboratorio, los científicos han demostrado que el tiempo pasa más lentamente a  medida que el reloj se acerca al suelo, de acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein.

Aplicados a la tecnología actual, estos relojes podrían mejorar mil veces la precisión de la navegación GPS o ayudar a que un avión espacial no tripulado aterrice en Marte sin problemas .

Mejorar la exactitud y precisión del tiempo ha sido un objetivo desde que los antiguos egipcios y chinos construyeron relojes de sol. Un punto de inflexión fundamental llegó con la invención del reloj de péndulo en 1656, que se basa en un peso oscilante. Décadas más tarde, los cronómetros fueron lo suficientemente precisos como para determinar la longitud de un barco en el mar.

A principios del siglo XX aparecieron los relojes de cuarzo, que cuando reciben una carga de electricidad, vibran a frecuencias muy altas y específicas, con una serie de tics por segundo. Los relojes de cuarzo son omnipresentes en la electrónica moderna , pero aún son algo susceptibles a las variaciones causadas por el proceso de fabricación o condiciones como la temperatura.

El siguiente gran salto en el tiempo provino de aprovechar los movimientos de los átomos estimulados por energía para desarrollar relojes atómicos , que son inmunes a los efectos de los cambios ambientales. Los físicos saben que solo una frecuencia muy alta puede hacer que las partículas o los electrones que orbitan el núcleo de un tipo específico de átomo salten a una órbita más alejada del núcleo, con un estado de mayor energía. Los orólogos atómicos generar la frecuencia aproximada que hace que los átomos del elemento Cesio se muevan a este estado de mayor energía. Luego, un detector cuenta el número de estos átomos excitados y ajusta su frecuencia si es necesario para hacer que el reloj sea aún más preciso. La precisión es tan grande que desde 1967 la segunda se define como las 9.192.631.770 oscilaciones de un átomo de cesio.

En el laboratorio, Katori y Ye encontraron formas de mejorar aún más los relojes atómicos cambiando las oscilaciones al extremo visible del espectro electromagnético a frecuencias cien mil veces más altas que las que se usan en los relojes atómicos de hoy, para hacerlos aún más precisos.

Los dos científicos se dieron cuenta de que necesitaban una forma de capturar átomos , en este caso estroncio, y mantenerlos estables a temperaturas ultrabajas para ayudar a medir el tiempo con precisión.

Si los átomos cayeran debido a la gravedad o se movieran, habría una pérdida de precisión y la relatividad causaría distorsiones en el tiempo. Para capturar los átomos, los investigadores crearon una «red óptica» de ondas láser que se movían en direcciones opuestas para crear una forma estacionaria, similar a una caja de huevos.

Capturando tiempo

El «Reloj de red óptica» almacenado en el laboratorio de Jun Ye en la Universidad de Colorado
Ye está entusiasmado con el uso potencial de su reloj. Por ejemplo, sincronizar los relojes de los mejores observatorios del mundo con las fracciones de segundo más pequeñas permitiría a los astrónomos estudiar mejor los agujeros negros .

Los relojes más precisos también pueden arrojar luz sobre los procesos geológicos de la Tierra . La relatividad dice que el tiempo se ralentiza cuando se acerca a un cuerpo masivo y un reloj suficientemente preciso podría marcar la diferencia entre roca sólida y lava volcánica debajo de la superficie, ayudando a predecir una erupción.

Ye cree que el próximo gran desafío será  miniaturizar la tecnología para sacarla del laboratorio. Y admite que a veces es difícil explicar al público los fundamentos de la física. “ Pero cuando las personas escuchan sobre relojes, sienten que es algo tangible, pueden conectarse con el concepto. Es muy gratificante ”.

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