Crean nuevo método cuántico para medir el tiempo sin necesidad de un punto de partida
Investigadores suecos descubrieron que los patrones de interferencia de átomos de Rydberg actúan como “huellas” temporales, superando la limitación de los cronómetros tradicionales en la escala cuántica.
Getty Images / Randy Faris
Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia ha revelado una innovadora forma de medir el paso del tiempo en el esquivo reino de la física cuántica. Este nuevo método supera una limitación fundamental de los cronómetros tradicionales: no requiere de un punto de partida o “cero” preciso para determinar cuánto tiempo ha transcurrido.
Medir el tiempo a escala humana es tan simple como contar los tics de un reloj. Sin embargo, en el mundo cuántico, donde electrones se mueven a velocidades vertiginosas, definir un “entonces” exacto es a menudo imposible, y el “ahora” se presenta difuso. En este escenario, un cronómetro convencional resulta inútil.
La solución propuesta por el estudio de 2022, publicado en Physical Review Research, se basa en la propia naturaleza ondulatoria de ciertos estados atómicos, conocidos como estados de Rydberg. Los átomos de Rydberg son átomos cuyos electrones han sido impulsados a estados de energía extremadamente altos mediante láseres, orbitando a gran distancia del núcleo.
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Los investigadores realizaron experimentos con átomos de helio excitados por láser. Descubrieron que el movimiento de los electrones en estos estados, que se comporta como un “paquete de ondas de Rydberg”, crea patrones de interferencia únicos cuando hay múltiples paquetes interactuando. Estos patrones no son aleatorios; cada uno representa el tiempo que tarda cada paquete de ondas en evolucionar en relación con los demás, funcionando como “huellas” o marcadores del tiempo transcurrido.
La física Marta Berholts, líder del equipo en la Universidad de Uppsala, explicó a New Scientist en 2022 la principal ventaja de este hallazgo: “Si usas un contador, tienes que definir el cero. Empiezas a contar en algún momento”. Con este nuevo método, “la ventaja es que no es necesario poner en marcha el reloj; basta con observar la estructura de interferencia y decir: ‘Bueno, han pasado 4 nanosegundos’”.
La investigación demostró, comparando los resultados experimentales con predicciones teóricas, que estas “huellas” temporales son lo suficientemente consistentes y fiables para servir como una forma de marcado temporal cuántico. Este enfoque permitiría medir eventos tan fugaces como apenas 1.7×10−12 segundos (1,7 billonésimas de segundo) sin la necesidad de establecer un punto de inicio y fin explícito. Sería similar a deducir el tiempo de una carrera comparando el desempeño de un velocista desconocido con el de otros que corren a velocidades ya establecidas.
Una “guía” de estos paquetes de ondas de Rydberg en evolución podría combinarse con otras técnicas de espectroscopia para medir eventos ultrarrápidos que son difíciles de capturar con métodos tradicionales. Futuros experimentos podrían expandir esta técnica utilizando diferentes tipos de átomos o ajustando la energía de los pulsos láser para medir rangos de tiempo más amplios bajo diversas condiciones.
Este avance representa un paso significativo en la comprensión y medición del tiempo a las escalas más pequeñas, abriendo nuevas posibilidades para el estudio de fenómenos cuánticos ultrarrápidos.
