Marcar el paso del tiempo en un mundo de relojes y péndulos es un simple caso de contar los segundos entre “entonces” y “ahora”. Un equipo de científicos acaban de descubrir una forma totalmente nueva de medir el tiempo.
En la escala cuántica del zumbido de los electrones, el “entonces” no siempre puede anticiparse. Y lo que es peor, el “ahora” a menudo se desdibuja en una bruma de incertidumbre. Un cronómetro no es suficiente para algunas situaciones.
Una posible solución podría encontrarse en la propia forma de la niebla cuántica, según investigadores de la Uppsala University en Suecia.
Una nueva forma de medir el tiempo
Sus experimentos sobre la naturaleza ondulatoria de un estado llamado Rydberg han revelado una nueva forma de medir el tiempo que no requiere un punto de partida preciso.
Los átomos de Rydberg son los “globos sobreinflados” del reino de las partículas. Inflados con láseres en lugar de aire, estos átomos contienen electrones en estados de energía extremadamente altos, orbitando lejos del núcleo.
Por supuesto, no todas las bombas de láser necesitan inflar un átomo hasta alcanzar proporciones de caricatura. De hecho, los láseres se utilizan habitualmente para hacer cosquillas a los electrones hacia estados de mayor energía para una variedad de usos.
Crédito: Alexey Savchenko / Unsplash
En algunas aplicaciones, se puede utilizar un segundo láser para controlar los cambios en la posición del electrón, incluido el paso del tiempo. Estas técnicas de “bomba-sonda” pueden utilizarse, por ejemplo, para medir la velocidad de ciertos dispositivos electrónicos ultrarrápidos.
Inducir a los átomos a estados de Rydberg es un truco muy útil para los ingenieros, sobre todo a la hora de diseñar nuevos componentes para los ordenadores cuánticos. Ni que decir tiene que los físicos han acumulado una gran cantidad de información sobre el modo en que los electrones se mueven cuando se les empuja a un estado de Rydberg.
Sin embargo, al tratarse de “animales cuánticos”, sus movimientos son menos parecidos a los de las cuentas que se deslizan en un diminuto ábaco, y más parecidos a los de una noche en la mesa de la ruleta, donde cada tirada y cada salto de la bola se exprimen en un único juego de azar.
Ondas de Rydberg
El libro de reglas matemáticas que hay detrás de este salvaje juego de la ruleta de electrones de Rydberg se denomina paquete de ondas de Rydberg.
Al igual que las ondas reales en un estanque, tener más de un paquete de ondas de Rydberg ondulando en un espacio crea interferencias, dando lugar a patrones únicos de ondas. Si se lanzan suficientes paquetes de ondas de Rydberg en el mismo estanque atómico, cada uno de esos patrones únicos representará el tiempo que tardan los paquetes de ondas en evolucionar de acuerdo con los demás.
Los físicos que están detrás de esta última serie de experimentos se propusieron comprobar estas “huellas” del tiempo, demostrando que eran lo suficientemente consistentes y fiables como para servir de marca de tiempo cuántica.
Crédito: Jon Tyson / Unsplash
Su investigación consistió en medir los resultados de los átomos de helio excitados por láser y cotejarlos con las predicciones teóricas para demostrar que los resultados de sus firmas podían sustituir a la duración del tiempo.
Marta Berholts, de la Uppsala University (Suecia) y quien dirigió el equipo, dijo a New Scientist:
“Si utilizas un contador, tienes que definir el cero. Empiezas a contar en algún momento. La ventaja de esto es que no tienes que poner en marcha el reloj: sólo tienes que mirar la estructura de interferencia y decir ‘vale, han pasado 4 nanosegundos'”.
Un libro guía de paquetes de ondas Rydberg en evolución podría utilizarse en combinación con otras formas de espectroscopia de sonda de bombeo que miden eventos a una escala minúscula, cuando ahora y entonces son menos claros, o simplemente demasiado inconvenientes para medir.
Es importante destacar que ninguna de las huellas requiere un entonces y un ahora que sirvan de punto de partida y de parada para el tiempo. Sería como medir la carrera de un velocista desconocido frente a una serie de competidores que corren a velocidades establecidas.
Buscando la firma de los estados de Rydberg que interfieren entre una muestra de átomos de la sonda de bombeo, los técnicos podrían observar una marca de tiempo para eventos tan fugaces como sólo 1.7 trillonésimas de segundo.
Los futuros experimentos de vigilancia cuántica podrían sustituir el helio por otros átomos, o incluso utilizar pulsos láser de diferentes energías, para ampliar la guía de marcas de tiempo y adaptarla a una gama más amplia de condiciones.
Los hallazgos de la investigación han sido publicadas en Physical Review Research.
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