Investigadores de la Universidad de
California en Berkeley (EE UU) han creado un nuevo reloj atómico que
puede medir el tiempo con la masa de un átomo, y viceversa. El
desarrollo de este dispositivo, cuyo mecanismo se presenta esta semana
en la revista Science, puede ayudar a definir mejor el concepto de kilogramo.
“Por así decirlo, una roca es un reloj”,
señala Holger Müller, un profesor de la Universidad de
California-Berkeley (EEUU) preocupado desde niño por saber lo que
realmente es el tiempo. Ahora, junto a otros colegas de su universidad,
acaba de fabricar un reloj que asocia el tiempo a la masa de una
partícula.
Medir el tiempo usando la masa, y viceversa Crédito: Pei-Chen Kuan.
Los investigadores han materializado la hipótesis del físico francés Louis-Victor de Broglie, que ya en 1924 planteó que la materia, además de su característica corpuscular, también puede actuar como una onda.
Construir un reloj de materia parecía
imposible, ya que la frecuencia –denominada de Compton– de esas ondas de
materia se consideraba casi imposible de observar, o aunque se pudiera,
las oscilaciones serían demasiado rápidas para medirlas.
“En un reloj de pared hay un péndulo y un
mecanismo que puede contar sus oscilaciones, pero no había manera de
hacer un reloj de ondas de materia, ya que su frecuencia de oscilación
es 10 000 millones de veces más alta que, incluso, las oscilaciones de
la luz visible”, comenta Müller.
Sin embargo, el equipo lo ha conseguido
gracias a los dos aparatos con los que ha construido su reloj: un
interferómetro –instrumento que usa la interferencia de las ondas para
medir las longitudes de onda– y un ‘peine’ de frecuencias. Con ellos han
podido jugar con las variables de la frecuencia de Compton (w=mc2/h, donde m es la masa, c la velocidad de la luz y h la constante de Planck) en un átomo de cesio.
Como, según la teoría de la relatividad,
el tiempo se ralentiza para los objetos en movimiento, el átomo de cesio
que se aleja y vuelve es más ‘joven’ que el que se queda parado. Es
decir, la onda de materia del cesio viajero oscila menos veces. Así,
midiendo las ínfimas diferencias de frecuencia –del orden de 3×1025– se puede calcular el tiempo.
“Nuestro reloj tiene una precisión de
siete partes por cada mil millones”, explica Müller, quien reconoce que
esto todavía es cien millones de veces menos de lo que ofrecen los
mejores relojes atómicos actuales, que usan iones de aluminio.
Mejores relojes y patrones atómicos
“Pero las mejoras en nuestra técnica
pueden impulsar la precisión de los relojes atómicos, incluidos los de
cesio que hoy se emplean para definir el segundo”, añade el
investigador.
Además de poder medir el tiempo con la
masa, el estudio plantea lo contrario: deducir la masa conociendo el
tiempo de las oscilaciones. Es otra de las ventajas de utilizar la
ecuación de Compton.
De esta forma, el trabajo –que publica Science
esta semana– también puede ayudar en el futuro a definir mejor el
concepto de kilogramo, que se podría relacionar con una unidad de tiempo
como el segundo.
En la actualidad la masa de referencia
del kilogramo es un cilindro de platino e iridio que se custodia en una
caja fuerte en Francia, con copias exactas repartidas por todo el mundo.
La de Reino Unido se hecho popular recientemente porque se ha detectado
que ha ‘engordado’ unos microgramos. Para evitar desviaciones como
esta, la Conferencia General de Pesos y Medidas trata de sustituir este
kilogramo estándar por otro basado en una medida física de mayor
precisión.
En este sentido se plantea la propuesta
del equipo para hacer un nuevo patrón de masa en función del tiempo,
junto a otras alternativas como el uso de la denominada esfera de
Avogadro, un cristal muy puro de silicio del que se conoce con precisión
su número de átomos.
“Nuestro reloj y las mejores esferas de
Avogadro actuales pueden facilitar la nueva definición de kilogramo”,
dice Müller, que resume: “Conocer el tictac de nuestro reloj es
equivalente a conocer la masa de la partícula, y una vez que sabes la
masa de un átomo, puedes relacionarla con las masas de los demás”.
Referencia bibliográfica: S.-Y. Lan; P.-C. Kuan; B. Estey; D. English; J.M. Brown; M.A. Hohensee; H. Müller; H. Müller. “A Clock Directly Linking Time to a Particle’s Mass”. Science, 10 de enero de 2013.
Fecha Original: 10 de enero de 2013 Enlace Original
Tomado de:
Ciencia Kanija