Einstein predijo en su teoría de la relatividad general la «dilatación del tiempo». Esta es la idea de que dos relojes sometidos a dos fuerzas gravitatorias diferentes siempre marcarán velocidades diferentes.
Desde entonces el efecto se ha observado en muchos experimentos, ahora los científicos lo han registrado en la escala más pequeña vista hasta ahora.
El resultado se logró utilizando relojes atómicos ultra precisos separados por solo un milímetro, aproximadamente del ancho de la punta afilada de un lápiz. La recopilación de 90 horas de datos le dio al equipo una lectura 50 veces más precisa que cualquier medición similar anterior.
Cuanto más pequeña y precisa es la escala, más se confía en la mecánica cuántica para explicar lo que está pasando. Los investigadores esperan que sus nuevas lecturas abran una vía para aprender más sobre cómo la curvatura del espacio-tiempo, lo que experimentamos como gravedad, afecta las características de las partículas según la física cuántica.
El físico de la Universidad de Colorado Boulder, Jun Ye dijo:
«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»
El experimento
Los investigadores utilizaron una red de luz láser empleada para atrapar átomos en su lugar para que puedan ser observados, llamada red óptica. Esta técnica ofrece más precisión en el cronometraje a través de las ondas de luz láser.
Las dos lecturas del reloj atómico se tomaron de la misma nube de átomos, en un estado de energía altamente controlado. Los átomos oscilaron entre dos niveles de energía en perfecta sincronización durante 37 segundos, un récord en términos de coherencia cuántica (es decir, mantener estables los estados cuánticos).
Eso permitió a los científicos tomar sus lecturas en dos puntos separados, midiendo el desplazamiento hacia el rojo a través de la nube de unos 100,000 átomos de estroncio ultrafríos. El corrimiento al rojo muestra el cambio en la frecuencia de la radiación de los átomos a lo largo del espectro electromagnético, o en otras palabras, qué tan rápido está el reloj atómico.
Si bien la diferencia en el corrimiento al rojo a lo largo de esta pequeña distancia fue de solo 0.00000000000000000001 más o menos, eso está en línea con las predicciones hechas por la relatividad general. Esas diferencias pueden marcar la diferencia cuando se sale a la escala de todo el Universo. Incluso cuando se trata de sistemas que deben ser ultra precisos, como la navegación GPS.
Jun Ye dijo:
«Este es un juego de pelota completamente nuevo, un nuevo régimen en el que se puede explorar la mecánica cuántica en el espacio-tiempo curvo».
Parte de lo que hace que esta investigación sobre la dilatación del tiempo sea tan emocionante es que señala el camino hacia relojes atómicos que serán aún más precisos en el futuro. Esto brinda a los científicos un modelo que puede ser refinado para tomar medidas en escalas cada vez más pequeñas.
