Los súper átomos luminosos podrían redefinir la precisión de las mediciones temporales
Un reciente estudio de la Universidad de Copenhague podría resultar en relojes atómicos más precisos, lo que llevaría a mejoras significativas en el GPS, los viajes espaciales y la monitorización de volcanes. ¡Te contamos más aquí!
El segundo es la unidad de medida más precisa que tenemos, en comparación con el kilogramo, el metro o el Kelvin. ¿Pero cómo controlan nuestros relojes el tiempo?
Hoy, el tiempo se mide con relojes atómicos en diferentes partes del mundo, que juntos nos dicen qué hora es. Utilizando ondas de radio, los relojes atómicos envían constantemente señales que se sincronizan con nuestras computadoras, teléfonos y relojes de pulsera en un mundo cada vez más dependiente de la precisión.
¿Cómo el estudio publicado por el bisnieto de Niels Bohr puede mejorar la precisión temporal?
Para hacer frente a la necesidad de precisión, un nuevo estudio de la Universidad de Copenhague puede revolucionar la forma en que medimos el tiempo. El estudio, liderado por el Dr. Eliot Bohr, bisnieto del renombrado físico Niels Bohr, propone un método innovador para medir el tiempo con mayor precisión que los relojes atómicos más modernos, abriendo el camino a una variedad de aplicaciones que van desde GPS más precisos hasta misiones espaciales más seguras.
Los relojes atómicos son actualmente los dispositivos más precisos para medir el tiempo, utilizando átomos de estroncio (Sr) o cesio (Cs) que oscilan a una tasa de millones de veces por segundo. Sin embargo, la precisión de estos relojes está limitada por el calentamiento de los átomos por los láseres utilizados para leer las oscilaciones, lo que contribuye a que los átomos desaparezcan y disminuyan la precisión en general.
Eliot Bohr explica que los átomos necesitan ser constantemente reemplazados por nuevos átomos, lo que hace que el reloj pierda un poco de tiempo. Para superar este desafío, están trabajando en mejorar los relojes atómicos actuales, por ejemplo, reutilizando los átomos para que no necesiten ser reemplazados con tanta frecuencia. Eliot Bohr realizó esta investigación en el Instituto Niels Bohr y actualmente es investigador en la Universidad de Colorado.
Propuesta de un método innovador basado en el fenómeno cuántico de “super-radiación”
El Dr. Bohr y su equipo proponen, entonces, un método innovador que utiliza un fenómeno cuántico llamado "super-radiación" para superar estas limitaciones en un estudio publicado en la revista científica Nature Communications. La "super-radiación" ocurre cuando un grupo de átomos se entrelaza y emite simultáneamente una fuerte señal de luz. Al utilizar espejos para amplificar esta luz, se pueden leer las oscilaciones de los átomos con mayor precisión, sin necesidad de calentarlos en exceso.
Esta nueva tecnología de "super-radiación" tiene el potencial de revolucionar diversas áreas que dependen de la precisión del tiempo. El GPS, por ejemplo, podría volverse aún más preciso, permitiendo una navegación más confiable y eficiente. Los viajes espaciales también se beneficiarían de relojes atómicos más precisos, lo que permitiría misiones aún más seguras.
De hecho, los átomos tienen una temperatura de -273ºC, muy cerca del cero absoluto, y dos espejos con un campo de luz, que entre ellos, pueden amplificar la interacción de los átomos.
"Los espejos hacen que los átomos reaccionen como una unidad cohesiva y, conjuntamente, emiten una señal de luz intensa que podemos utilizar para leer sus oscilaciones con los espejos y, así, medir el tiempo. Todo esto sucede sin calentar en exceso los átomos y, por lo tanto, no necesitamos reemplazar los átomos, lo que tiene el potencial de convertirlo en un método de medición más preciso", explica Eliot Bohr.
GPS, misiones espaciales y erupciones volcánicas
Según Eliot Bohr, el resultado más reciente de la investigación puede beneficiar para hacer el sistema de GPS aún más preciso. Los aproximadamente 30 satélites que orbitan constantemente la Tierra y nos dicen dónde estamos, necesitan también la medición del tiempo por los relojes atómicos.
Además, la monitorización volcánica también podría mejorarse con relojes atómicos más precisos, lo que permitiría a los científicos detectar y predecir erupciones con mayor anticipación.
Una "super-radiación" puede allanar el camino para muchas otras aplicaciones, aún no imaginadas, que se basan en la medición precisa del tiempo.
Referencia de noticias
Bohr, EA, Kristensen, SL, Hotter, C., Schäffer, SA, Robinson-Tait, J., Thomsen, JW, ... & Müller, JH (2024). Lectura de Ramsey mejorada colectivamente mediante transición de sub-a superradiante de cavidad. Comunicaciones de la naturaleza, 15(1), 1084. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45420-x