Los científicos han utilizado dos relojes de celosía óptica finamente ajustados para hacer nuevas mediciones ultra precisas del efecto de dilatación del tiempo, predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein.
En otra verificación de la validez de la teoría de la relatividad general de Einstein, publicada en Nature Photonics, los científicos del Centro RIKEN de Fotónica Avanzada y Cluster for Pioneering Research, con sus colegas, han utilizado dos relojes de celosía óptica finamente ajustados, uno en la base y otro, en el piso del observatorio de 450 metros de Tokyo Skytree, para realizar nuevas mediciones ultra precisas del efecto de dilatación del tiempo predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein.
Einstein teorizó que la deformación del espacio-tiempo por la gravedad fue causada por objetos masivos. En línea con esto, el tiempo corre más lentamente en un campo gravitacional profundo que en uno menos profundo. Esto significa que el tiempo corre un poco más lento en la base de la torre Skytree que en la parte superior.
La dificultad para medir realmente el cambio en la rapidez con que los relojes funcionan en un campo de gravedad diferente es que la diferencia es muy pequeña. Realizar una prueba rigurosa de la teoría de la relatividad requiere un reloj muy preciso o una gran altura diferente. Una de las mejores medidas hasta el momento consistió en relojes grandes y complejos, como los desarrollados por el grupo RIKEN, que pueden medir una diferencia de alrededor de un centímetro de altura. Fuera del laboratorio, los satélites han realizado las mejores pruebas, con altitudes que son miles de kilómetros diferentes. Tales experimentos espaciales han restringido cualquier violación de la relatividad general de aproximadamente 30 partes por millón, una medición tremendamente precisa que esencialmente muestra que Einstein estaba en lo correcto.
Los científicos de RIKEN y sus colaboradores asumieron la tarea de desarrollar relojes de celosía ópticos transportables que pudieran hacer pruebas comparativamente precisas de relatividad, pero en el terreno. El propósito final, sin embargo, no es probar o refutar a Einstein. Según Hidetoshi Katori, de RIKEN y la Universidad de Tokio, que dirigió el grupo, «Otra aplicación importante de los relojes ultra precisos es detectar y utilizar la curvatura del espacio-tiempo por gravedad. Al usarlo, los relojes pueden distinguir pequeñas diferencias de altitud, lo que nos permite medir la hinchazón del suelo en lugares como volcanes activos o deformación de la corteza, o definir la referencia de altura.
Queríamos demostrar que podíamos realizar estas mediciones precisas en cualquier lugar fuera del laboratorio, con dispositivos transportables. Este es el primer paso para hacer relojes ultra precisos en dispositivos del mundo real».
La clave de la hazaña de ingeniería fue miniaturizar los relojes del tamaño de un laboratorio en dispositivos transportables y hacerlos insensibles a los ruidos ambientales como los cambios de temperatura, las vibraciones y los campos electromagnéticos. Cada uno de los relojes estaba encerrado en una caja con escudo magnético, alrededor de 60 centímetros a cada lado. Los diversos dispositivos láser y controladores electrónicos necesarios para atrapar e interrogar a los átomos confinados en una red se alojaron en dos cajas montables en bastidor. Los dos relojes estaban conectados por una fibra óptica para medir la nota de ritmo. Paralelamente, los científicos llevaron a cabo mediciones láser de distancia y gravedad para evaluar independientemente la diferencia del campo gravitacional para los dos relojes.
La cifra que alcanzaron por violaciones de la relatividad general fue otra validación de la teoría de Einstein, como otras antes. La clave del experimento, según Katori, es que lo demostraron con una precisión comparable a las mejores mediciones basadas en el espacio, pero utilizando dispositivos transportables que operan en el suelo. En el futuro, el grupo planea comparar relojes a cientos de kilómetros de distancia para monitorear el levantamiento y la depresión a largo plazo del suelo, una de las aplicaciones potenciales de los relojes ultra precisos.
Fuente: Materiales proporcionados por RIKEN.
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