Los físicos descubren una forma completamente nueva de medir el tiempo

Cuando hablamos de medir el tiempo, la primera imagen que se nos viene a la cabeza es la de un reloj cronómetro en marcha, descontando centésima a centésima, segundo por segundo, el paso de cada uno de los minutos que conforman una hora. Pero si la cuestión se plantea en términos de la física cuántica, donde las partículas se comportan de forman impredecible, el asunto cambia notablemente y se complica. ¿Cómo registrar el paso del tiempo cuando ni siquiera se puede definir claramente su inicio? Un equipo de físicos de la Universidad de Uppsala, en Suecia, podría tener la respuesta.

Los investigadores, cuenta el portal ScienceAlert, han explorado los llamados estados de Rydberg, un fenómeno que se registra cuando a los electrones de un átomo se les excita con láseres y se les aplican niveles de energía extremadamente altos. En este estado, los átomos se transforman en herramienta clave para estudiar el comportamiento cuántico.

Sin embargo, los electrones que entran en ese estado no se mueven en línea recta ni de forma ordenada, como lo hacen las bolas de una ábaco. Sus dinámicas siguen más bien los patrones probabilísticos de una ruleta. Estos patrones, llamados paquetes de ondas de Rydberg, generan a su vez interferencias únicas cuando interactúan, parecidas a las ondas que se forman al tirar al agua varias piedras al mismo tiempo. La clave del hallazgo está en las "huellas dactilares" de estas interferencias. De acuerdo con Marta Berholts, la investigadora jefa del equipo de científicos, estas estructuras pueden usarse para medir el tiempo con precisión sin necesidad de un punto de inicio.

En sus experimentos, el equipo de físicos de la universidad sueca hizo uso de láseres para estimular varios átomos de helio. Una vez alcanzaron los estados de Rydberg y, después de analizar las ondas resultantes, descubrieron que los patrones de interferencia eran lo suficientemente consistentes como para analizarse como una marca temporal precisa. 

"No hace falta poner en marcha un cronómetro", explica Berholts, "solo con observar las estructuras de esas interferencia ya podemos determinar, por ejemplo, que han pasado cuatro nanosegundos”. Con este método, aplicándolo a un ejemplo temporal, podemos deducir la velocidad de un corredor observando su posición en comparación con la de otros atletas conocidos, sin tener que cronometrar el inicio de la carrera.

Este método podría transformar la forma en la que estudiamos fenómenos ultrarrápidos, como son las reacciones químicas a escala atómica o los procesos internos de materiales avanzados. Al usar los patrones de interferencia de las ondas de Rydberg como sustitutos de técnicas tradicionales como la del cronómetro, los científicos podrían determinar la duración de los eventos que ocurren en apenas 1,7 billonésimas de segundo. 

El equipo de Uppsala ya está investigando cómo ampliar el uso de la técnica a otro tipo de átomos, además de variar los tipos de láser para conseguir otro tipo de energía, algo que facilitaría la creación de un tipo de "manual de marcas temporales cuánticas" que se aplicarían a una amplia variedad de casuísticas.