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”
Fuente: Ciencia Kanija - SINC
No hay comentarios:
Publicar un comentario