Superátomos luminosos podrían redefinir la precisión de las mediciones temporales

Los superatomos luminosos pueden ayudar a redefinir la precisión de las mediciones temporales.

Helder Lopes Portugal meteorizado 04/05/2024 10:01 6 minutos

El segundo Es la unidad de medida más precisa que tenemos, comparado con el kilogramo, el metro o el Kelvin. Pero, ¿cómo controlan nuestros relojes el tiempo?

Hoy en día, el tiempo se mide con relojes atómicos en diferentes partes del mundo, que en conjunto nos dicen qué hora es. Usando ondas de radio, 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 puede el estudio publicado por el bisnieto de Niels Bohr mejorar la precisión temporal?

Para abordar la necesidad de precisión, un nuevo estudio de la Universidad de Copenhague puede revolucionar la forma en que medimos el tiempo. El estudio, dirigido 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, allanando el camino para una variedad de aplicaciones que van desde GPS más precisos hasta misiones espaciales más seguras.

Actualmente los relojes atómicos los dispositivos más precisos para medir el tiempo, utilizando átomos de estroncio (Sr) o cesio (Cs) que oscilan a un ritmo de millones de veces por segundo. Sin embargo, la precisión de estos relojes Está limitado por el calentamiento de los átomos mediante láseres. Se utiliza para leer oscilaciones, lo que contribuye a que los átomos desaparezcan y disminuya la precisión general.

Eliot Bohr explica que los átomos Necesitan ser reemplazados constantemente por nuevos átomos, lo que hace que el reloj pierda un poco de tiempo. Para superar este desafío, están trabajando para mejorar los relojes atómicos actuales, por ejemplo reutilizando átomos para que No es necesario reemplazarlos 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 la “superradiación”

El Dr. Bohr y su equipo proponen entonces un método innovador que utiliza un fenómeno cuántico llamado “superradiación” para superar estas limitaciones en un estudio publicado en la revista científica Nature Communications. La “superradiación” ocurre cuando un grupo de átomos se entrelazan y simultáneamente emiten una fuerte señal luminosa. Al usar espejos para amplificar esta luz, las oscilaciones de los átomos se pueden leer con mayor precisión, sin necesidad de calentarlos en exceso.

Eliot Bohr y su colega Sofus Laguna Kristensen comenzaron los experimentos en el Instituto Niels Bohr. Fuente: Universidad de Copenhague.
Eliot Bohr y su colega Sofus Laguna Kristensen comenzaron los experimentos en el Instituto Niels Bohr. Fuente: Universidad de Copenhague.

Esta nueva tecnología de “superradiación” tiene el potencial de revolucionar diversas áreas que dependen de la precisión del tiempo. GPS, por ejemplo, podría volverse aún más preciso, permitiendo una navegación más fiable 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 átomos reaccionar como una unidad cohesiva y, juntos, emiten una intensa señal luminosa que podemos utilizar para leer sus oscilaciones con los espejos y, así, medir el tiempo. Todo esto ocurre sin sobrecalentar los átomos y, por 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 a hacer el sistema GPS aún más preciso. Los aproximadamente 30 satélites que orbitan constantemente la Tierra y nos dicen dónde estamos, También necesitan la medición del tiempo mediante relojes atómicos.

“Cada vez que los satélites determinan la posición de su teléfono o GPS, se utiliza un reloj atómico dentro del satélite. La precisión del reloj atómico es tan importante que si se retrasa sólo un microsegundo, podría significar una imprecisión de 100 metros. la superficie de la Tierra”, explica Eliot Bohr.

Además, el monitoreo volcánico también podría mejorarse con relojes atómicos más precisos, lo que permitiría a los científicos detectar y predecir las erupciones antes.

Poniendo el reloj: la misión de la NASA para establecer una zona horaria para la Luna

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Una “superradiación” puede allanar el camino para muchas otras aplicacionesaún no imaginados, 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 sub-superradiante de la cavidad. Comunicaciones de la naturaleza, 15(1), 1084. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45420-x

 
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