Físicos de Oxford utilizan relojes atómicos en busca de materia oscura

Científicos de la Universidad de Oxford publicaron recientemente los resultados de un experimento alucinante en el que entrelazaron dos relojes atómicos a una distancia récord de dos metros.

Adelante: Los relojes atómicos se han utilizado ampliamente desde la década de 1950. Se utilizan en una gran variedad de aplicaciones que van desde la gestión de acciones en el mercado de valores hasta la navegación de naves espaciales a velocidades extremas.

El experimento del equipo de Oxford involucró un giro relativamente nuevo en la fórmula llamado reloj atómico óptico.

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Mientras que los relojes atómicos tradicionales generalmente se basan en que los átomos se energizan a frecuencias precisas (léase: aplicarles microondas), la variedad óptica utiliza una serie de rayos láser para atrapar y aislar átomos individuales.

Con la técnica óptica, los investigadores miden esencialmente las transiciones atómicas que emiten luz en oposición a las que emiten microondas. Esto permite a los científicos realizar mediciones más sólidas.

Lo que hace que la experiencia del equipo de Oxford sea emocionante es que enredado dos relojes atómicos separados a una distancia de unos dos metros.

Según el trabajo de investigación del equipo:

Las mediciones en sistemas independientes están limitadas por el límite cuántico estándar; las mediciones en sistemas entrelazados pueden exceder el límite cuántico estándar para alcanzar la máxima precisión permitida por la teoría cuántica: el límite de Heisenberg.

Fondo: Los científicos han entrelazado con éxito relojes atómicos a nivel microscópico, pero hasta donde sabemos, esta es la mayor distancia a la que se han entrelazado dos relojes atómicos ópticos.

Esencialmente, el equipo de Oxford logró crear una red de relojes atómicos de dos nodos a una distancia muy útil, una distancia que, en teoría, podría aumentar.

Además, hipotéticamente hablando, no hay límite para la cantidad o el tipo de nodos que podrían agregarse a una red de reloj atómico entrelazada.

Los científicos actualmente usan un consenso basado en matemáticas entre docenas o cientos de relojes atómicos diferentes para obtener las medidas más precisas posibles. Pero los relojes enredados son, teóricamente, capaces de una precisión mucho mayor.

Toma rápida: Las implicaciones potenciales para esta investigación son enormes. Cuanto más exactamente podamos medir el paso del tiempo, más cerca estaremos de resolver algunos de los mayores misterios del universo.

Si somos capaces de desarrollar una red masiva de relojes atómicos que se propaguen por el espacio, es posible que podamos comenzar a formar una especie de imagen especular del universo que revele la materia oscura en tiempo real.

Investigadores estadounidenses y canadienses predijeron la utilidad de dicha red en un artículo de 2014 que detallaba un detector de materia oscura basado en relojes atómicos sincronizados:

Al encontrar un objeto de materia oscura extendido, a medida que barre la matriz, los relojes sincronizados originalmente se desincronizarán. Los intervalos de tiempo entre los relojes espacialmente separados deben exhibir una firma distinta, codificando la estructura espacial del defecto y su fuerza de interacción con los átomos.

En otras palabras: si existe la materia oscura, el reciente avance del equipo de Oxford podría ser nuestra mejor pista hasta el momento. Y, lo mejor de todo, no hay muchas desventajas en continuar con esta investigación. Incluso si la teoría de la materia oscura no funciona, existen innumerables usos prácticos para relojes atómicos más precisos.

H/t: Mike Mcrae, Alerta científica