Si hay una cosa que Einstein dejó absolutamente clara es que el tiempo no transcurre igual en todas partes. Según la Relatividad General, en efecto, la gravedad afecta a la velocidad con que los relojes marcan el devenir del tiempo, por lo que el ‘tic-tac’ de un reloj será más rápido cuanto más lejos esté de un cuerpo masivo, como la Tierra. Numerosos experimentos con parejas de relojes atómicos, uno enviado al espacio y el otro en tierra, han conseguido medir esa sutil alteración en el flujo temporal.
En teoría, sin embargo, esas diferencias deberían existir también en distancias más pequeñas, de pocos centímetros o incluso milimétricas. Pero no existían relojes lo suficientemente precisos como para medirlas. Hasta ahora.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder, en efecto, ha conseguido fabricar un reloj atómico tan sensible que ha sido capaz de detectar una aceleración temporal en una muestra de átomos de apenas un mm. El tiempo se movió algo más rápido en la parte superior de esa muestra que en la inferior, la diferencia más pequeña medida hasta ahora. Los resultados de este espectacular trabajo pueden consultarse en el servidor de prepublicaciones ‘ arXiv’.
Desde hace décadas, los científicos han utilizado átomos a modo de relojes gracias a una de sus propiedades: los átomos existen en diferentes niveles de energía, y una frecuencia de luz específica los hace ‘saltar’ de un nivel a otro. Esa frecuencia, la tasa de oscilación de las ondas de luz, hace las veces del segundero que marca el tic-tac de un reloj. Para los átomos más alejados del suelo, el tiempo corre más rápido, por lo que se necesitará una mayor frecuencia de luz para hacer que la energía salte. Anteriormente, los científicos habían conseguido medir este cambio de frecuencia, conocido como ‘desplazamiento al rojo gravitacional’, en una distancia récord de 33 centímetros.
Pero en este estudio, el físico Jun Ye y sus colegas han conseguido pulverizar esa marca utilizando un reloj compuesto por aproximadamente 100.000 átomos de estroncio ultrafríos. Los átomos estaban dispuestos en una malla, lo que significa que cada átomo se asentó en una serie de alturas diferentes, como si estuvieran parados en los peldaños de una escalera.
El mapeo de cómo cambió la frecuencia en esas alturas dio lugar a los resultados. Después de corregir los efectos no gravitacionales que podrían variar la frecuencia del reloj, ésta cambió en aproximadamente una centésima de trillonésima de segundo en los dos extremos de un milímetro, justo la cantidad predicha por la relatividad general.
Y lo que es más, después de tomar datos durante aproximadamente 90 horas, comparando el tic-tac de las secciones superior e inferior del reloj, los científicos determinaron que su técnica podía medir las tasas de tic-tac relativas con una precisión de 0,76 millonésimas de billonésima de segundo. Lo que supone un récord para la medición de frecuencia más precisa jamás realizada. Jun Ye y sus colegas, en efecto, lograron detectar una discrepancia entre las dos mitades del reloj que habría dado lugar a un segundo de diferencia entre ambos después de cerca de 4 billones de años.
Se da la circunstancia de que, el mismo día en que Jun Ye presentaba su estudio, otro equipo de investigadores, esta vez capitaneados por Shimon Kolkowitz, de la Universidad de Wisconsin-Madison, hacía lo propio en otro artículo en ‘ arXiv’. En su estudio, los investigadores midieron las velocidades relativas de los tic-tac de dos de los seis relojes de su experimento, separados por unos 6 mm, con una precisión de 8,9 millonésimas de billonésima de segundo. Una sensibilidad gracias a la que podrían detectar una diferencia entre dos relojes que avanzan a un ritmo tan ligeramente diferente que se habrían desajustado en un segundo después de 300.000 millones de años. Resultados que, sin el estudio de Jun Ye, habrían supuesto un nuevo récord.
En todo caso, ambos experimentos demuestran que la precisión de los relojes atómicos ha alcanzado ya un punto en que podrían utilizarse para resolver algunos de los principales misterios del Universo, entre ellos el de la materia oscura, que según ciertos estudios también podría alterar el ritmo del tic-tac de los relojes, o la supuesta inmutabilidad de las constantes fundamentales de la naturaleza.
