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Un insólito reloj de materia

Investigadores de California utilizan las propiedades cuánticas de un átomo para medir el tiempo

Los investigadores del experimento: Holger Müller, Michael Hohensee, Brian Estey, Shau-Yu Lan y Damon English, de izquierda a derecha.
Los investigadores del experimento: Holger Müller, Michael Hohensee, Brian Estey, Shau-Yu Lan y Damon English, de izquierda a derecha.

Una forma totalmente nueva de medir el tiempo es lo que han conseguido demostrar investigadores de la Universidad de California en Berkeley. Basándose en que la materia puede ser, como se conoce desde principios del siglo pasado, tanto partículas como ondas, el alemán Holger Müller ha diseñado un reloj basado en la onda de materia de un átomo de cesio. El científico recuerda que desde pequeño se ha planteado qué es el tiempo. “A menudo me he preguntado ¿cuál es la cosa más simple que puede medir el tiempo, el sistema más simple que siente el paso del tiempo? Ahora tenemos el límite superior, basta con una sola partícula con masa”. Los resultados se publican en la revista Science.

“Es un experimento muy bello y diseñado de forma muy inteligente, pero va a ser polémico”, advierte John Close, físico cuántico en la Universidad Nacional de Australia [http://www.anu.edu.au/research/], quien le ve una ventaja: “La discusión va a promover una mejor comprensión de la física cuántica”.

Desde que Louis de Broglie se planteó en 1924 que la materia puede considerarse una onda, basándose en la famosa ecuación de Einstein que liga la energía y la masa, la idea de utilizar la materia como reloj parecía imposible en la práctica, debido a que la frecuencia de la onda, (llamada frecuencia de Compton) es tan alta que no se podía observar ni medir. Esta frecuencia es 10.000 millones de veces mayor que la de la luz visible. Históricamente, la medida del tiempo se ha basado en frecuencias de oscilación en sistemas de partículas, desde el movimiento de los cuerpos celestes a las transiciones atómicas.

Sin embargo, Müller, desde que hace dos años construyó un aparato que trata los átomos como ondas y mide su interferencia, se planteó utilizarlo para medir el tiempo, y afirma que lo ha conseguido, midiendo la diferencia entre átomos en reposo y en movimiento. Según la teoría de la relatividad, lo mismo que en el famoso ejemplo de los gemelos, un átomo que va y vuelve es más joven que uno que permanece quieto.

Con el interferómetro Müller y su equipo miden el tiempo con una precisión de 7 partes por 1.000 millones. “Es lo mismo que un segundo en ocho años, aproximadamente igual que el primer reloj atómico de cesio construido hace unos 60 años. Lo mismo podemos desarrollarlo más y llegar a definir el segundo en función de las oscilaciones de la frecuencia de Compton de una determinada partícula”, explica. Los relojes atómicos actuales tiene una precisión unas 100 millones de veces superior.

Además de medir el tiempo, si se da la vuelta al proceso se puede medir la masa. Los expertos llevan años planteándose definir un nuevo patrón para el kilogramo que sustituya al cilindro de iridio y platino guardado en París y Müller cree que su reloj ayudaría a conseguirlo.

Y, al final, ¿qué es el tiempo?”No creo que nadie puede llegar a una respuesta definitiva, pero ya sabemos algo más sobre sus propiedades. El tiempo es algo físico en cuanto hay una partícula con masa, pero es algo que con toda seguridad no requiere más que una partícula con masa para existir. Sabemos que una partícula sin masa, como un fotón, no es suficiente”.