Uno de los aspectos de la naturaleza que ha fascinado a los pensadores durante siglos es el tiempo. El físico Isaac Newton consideraba que el tiempo era una entidad absoluta, es decir, la misma para todos los lugares del universo e independiente de los observadores. Esta noción fue crucial para el advenimiento de la mecánica newtoniana. El concepto de tiempo absoluto allana el camino para otro término llamado espacio absoluto, que según la convicción newtoniana son dos facetas separadas de la realidad objetiva que no dependen la una de la otra. Sin embargo, esta idea sobre el tiempo y el espacio sufrió una importante alteración después de que Einstein propusiera su influyente teoría de la relatividad, que cambió los fundamentos mismos de cómo pensábamos en el tiempo, el espacio y sus interacciones con los acontecimientos físicos.
El tiempo, que se considera una cuarta dimensión tras la introducción de la teoría de la relatividad de Einstein, caracteriza generalmente diversas propiedades de los sucesos físicos, como la cuantificación de la velocidad de cambio de los observables físicos asociados a un suceso concreto.
Casi todos los sucesos físicos están modulados por dispositivos que mantienen el tiempo porque es necesario llevar un registro de todos los observables que son función del tiempo. Esto, a su vez, ayuda a realizar cálculos útiles asociados a un experimento concreto. Los dispositivos para medir el tiempo han avanzado desde los relojes de sol y de arena que se utilizaban en la antigüedad hasta los relojes cuánticos (que funcionan mediante el control de los estados atómicos) que se emplean en los tiempos modernos. Aquí encontrarás una relación histórica de todos los dispositivos utilizados para medir el tiempo.
Las técnicas tradicionales para medir el tiempo, como las de los dispositivos mencionados anteriormente, siguen un esquema predefinido. Por ejemplo, los relojes atómicos miden un segundo calculando la frecuencia necesaria para que un electrón transite entre dos niveles de energía fijos en un átomo de cesio.
Sin embargo, en un trabajo reciente, investigadores de la Universidad de Uppsala han ideado un método de punta para contar el tiempo [1]. Su técnica se basa en la naturaleza ondulatoria que emana de los paquetes de ondas de Rydberg, que son objetos matemáticos para representar la forma en que los electrones se mueven dentro de los átomos de Rydberg, que se definen como átomos a los que se ha disparado con láser para empujar a sus electrones a estados de energía extremadamente altos que alejan a los electrones del núcleo.
Los paquetes de ondas de Rydberg interactúan entre sí para producir patrones de interferencia (la figura gráfica anterior muestra cómo los electrones en un estado de Rydberg con fases distintas producen patrones de interferencia). Se espera que haya una serie de patrones únicos creados como resultado del fenómeno de interferencia y cada patrón distinto determinaría la cantidad única de tiempo que tarda la evolución de un paquete de onda individual en comparación con otros en el conjunto. Este rasgo característico permite emplearlos como “sellos de tiempo”.
Los investigadores han asociado una terminología técnica a las distintas oscilaciones resultantes de los estados de Rydberg y las han denominado firmas de latido cuasi únicas (QUBS, por sus siglas en inglés). Cada oscilación actúa como una huella digital, ya que determina el tiempo transcurrido tras la creación de cada paquete de ondas. En su artículo original, publicado en la revista Physical Review Research (PRR), se menciona que el cronómetro basado en QUBS no emplea un contador, a diferencia de los relojes tradicionales, como los mecánicos, los de cristal de cuarzo o los atómicos. Esta característica lo convierte en una técnica novedosa de gran importancia para medir el tiempo. Esto podría ofrecer consecuencias enriquecedoras con respecto a los aspectos físicos y también suministrar interesantes aplicaciones tecnológicas a diversos campos de investigación.
Referencias
[1] Marta Berholts et al, El reloj cuántico y su prueba intrínseca de precisión, Physical Review Research (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043041
