Un reloj para pesarlos a todos

¿Qué hora es mientras lees este artículo? Habrás mirado el reloj sin dudarlo, pero realmente no te habrás puesto a pensar qué hace exactamente nuestro reloj. Imaginemos que llegamos a un nuevo mundo donde no hay ningún reloj ni medidas de horas, minutos o segundos. ¿Cómo mediríamos el tiempo?

Podemos considerar el tiempo como algo continuo, que se desplaza desde el pasado hacia el futuro, estando nosotros ahora mismo en el presente. Pero además de experimentar el tiempo, si queremos medirlo necesitaremos algún fenómeno que sea repetitivo y podamos usar como unidad. Por ejemplo, decimos que pasa un año cada vez que la tierra da una vuelta alrededor del Sol, y un día a cada vez que la Tierra gira sobre sí misma (las horas, minutos y segundos son simplemente fracciones de la medida principal que es el día).

Así pues, si queremos fabricar nuestro propio reloj necesitaremos buscar algún fenómeno que se repita, pongamos como ejemplo la frecuencia de publicación de Medciencia, 3 al día; y darle una unidad. Si hacemos esto podemos decir que un día es igual a 3 medciencios, y a partir de ahí crear nuestro reloj. Si nos fijamos, nos daremos cuenta de que el reloj de medciencios es poco preciso, ya que solo sirve para unidades de tiempo más grandes que un medciencio. Es decir, para aumentar la precisión del reloj necesitaremos buscar fenómenos que se repitan mucho más rápidamente, para crear una unidad de tiempo más pequeña.

Siguiendo esta idea, el reloj más preciso que se conoce actualmente es el reloj atómico, que se basa en cómo los electrones de un átomo cambian sus niveles de energía de manera periódica. En un átomo de cesio (que suele ser el utilizado para estos relojes), se sabe que sus electrones cambian su nivel energético 9.192.631.770 ciclos completos por segundo. Esto nos permite calcular el tiempo con una precisión de unas milmillonésimas partes de segundo, una medida increíblemente pequeña.

Recientemente, el equipo de Holger Müller de la Universidad de Berkeley (California) han inventado el reloj más simple del mundo, formado únicamente por una partícula. Su funcionamiento se basa en un principio de la física cuántica, llamado teoría de onda corpúsculo, que describe que cualquier objeto se comporta como una onda y es capaz de vibrar a una frecuencia determinada según su masa. Si se mide la frecuencia de vibración de onda de la partícula se obtiene el patrón para tomar una unidad de tiempo. Y lo interesante es que la idea también funciona al revés: si medimos la frecuencia de vibración de la onda podemos deducir la masa del objeto. De esta manera podríamos tener una definición oficial del kilogramo (ver Un kilogramo no siempre pesa un kilogramo).

El único obstáculo es que un átomo vibra a una frecuencia demasiado rápida para poder ser medida con ningún instrumento actual. Para lograr obtener información sobre el comportamiento de la onda (lo que en física se llama función de onda) el equipo de Müller ha desarrollado una técnica ingeniosa. Usan un gas formado por átomos de Cesio-133, a la mitad se les impacta con un láser que provoca que cambien su energía y su vibración; y alternadamente hacen lo mismo con la otra mitad de átomos. Al final tendremos dos grupos de átomos que se excitan y se relajan de manera completamente desincronizada. Al juntarlos se puede medir el tamaño de esta desincronización y deducir la función de onda de un átomo de Cesio.

Pero aunque este reloj sea el más simple, no es el más preciso. Este reloj de un átomo es un billón de veces menos preciso que el mejor reloj atómico actual, conocidos como relojes ópticos. A pesar de su falta de precisión, la importancia del descubrimiento no está en el tiempo, sino en la masa. Recordemos que carecemos de una buena definición de peso, si relacionamos correctamente masa y tiempo estaremos en vías de obtener una nueva definición, ya que aunque pesemos mal, sí que sabemos qué hora es. ¡Nos vemos en un medciencio!

Fuentes| Livescience, All that matter