Para probar la teoría de la relatividad de Einstein, necesitamos relojes extremadamente precisos. Dos grupos de investigación han desarrollado ahora relojes atómicos que establecen nuevos récords de precisión. Estos prueban la teoría de la relatividad en la escala milimétrica.
Según la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad de objetos como planetas o estrellas distorsiona el espacio-tiempo. Esto hace que el tiempo se ralentice a medida que te acercas al objeto. Cuanto más lejos está un reloj sobre la superficie de la tierra, más rápido funciona.
Reloj atómico ultra preciso
Debido a que la gravedad afecta el tictac de un reloj, puede usar relojes ultra precisos para mapear el campo gravitacional de la Tierra. Y puedes usarlo para detectar ondas gravitacionales, por ejemplo.
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Para mediciones tan detalladas, los relojes atómicos deben ser muy precisos. También es útil para algunas aplicaciones si los dispositivos son compactos. Ahora, este tipo de relojes a menudo llenan un laboratorio.
Dos grupos de investigación estadounidenses independientes han dado pasos importantes en esta dirección. Publicaron sus resultados en el mismo número de la revista científica Naturaleza† Una publicación es sobre el reloj atómico más preciso siempre. los segunda publicación se trata de un reloj que es un poco menos preciso, pero que demuestra cómo la tecnología se puede hacer más compacta.
Mediciones láser
Los relojes más precisos son los relojes atómicos ópticos. Utilizan la regularidad con la que los átomos «marcan» saltando de un lado a otro entre dos niveles de energía. El tictac va con la frecuencia de la luz que se recibe o emite durante estas transiciones de energía. La frecuencia depende del tipo de átomos. Por ejemplo, los relojes de cesio usan una nube de átomos de cesio. Los dos nuevos relojes atómicos funcionan con estroncio.
La frecuencia de los átomos se mide haciendo brillar un láser de esa frecuencia sobre una nube de átomos. ¿Por qué no utilizar inmediatamente la frecuencia del láser como reloj? No es lo suficientemente preciso, porque las frecuencias láser se distorsionan fácilmente. Los relojes utilizan la nube de átomos para verificar continuamente si la frecuencia del láser sigue siendo correcta y ajustarla si es necesario.
escala milimétrica
La diferencia entre los dos nuevos relojes atómicos ópticos es que uno enfoca el láser en una sola nube de átomos de estroncio de un milímetro de tamaño. El otro experimento usa un láser para observar dos nubes de átomos de estroncio, una de las cuales es un centímetro más alta.
Al dividir las mediciones en dos nubes, los investigadores pudieron medir de manera estable durante más tiempo y dependieron menos de la calidad del láser. Por lo tanto, esta técnica también podría usarse en una configuración más compacta con un láser más simple. Su configuración puede medir la diferencia entre dos relojes que están separados por un segundo después de 300 mil millones de años.
Los otros investigadores tenían un láser de mejor calidad. Se las arreglaron para medir aún con más precisión. Además, pudieron medir la diferencia de tiempo entre los átomos en la parte superior e inferior de la nube de tamaño milimétrico. Nunca antes la teoría de la relatividad había sido probada y confirmada a tal escala. A medida que el reloj avanza en casa, no avanza ni un milímetro más.