Al comparar diferentes tipos de relojes atómicos remotos, los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han realizado la prueba más precisa de un principio clave subyacente a la famosa teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que describe cómo la gravedad se relaciona con el espacioy tiempo.
El resultado del NIST, posible gracias a las continuas mejoras en los relojes atómicos más precisos del mundo, produce un valor extremadamente bajo y récord para una cantidad que Einstein predijo que sería cero.
Como se describe en a Física de la naturaleza artículo publicado en línea el 4 de junio, los investigadores del NIST utilizaron el sistema solar como laboratorio para probar el experimento mental de Einstein que involucra a la Tierra como un ascensor en caída libre. Einstein teorizó que todos los objetos ubicados en dicho ascensor acelerarían al mismo ritmo, como si estuvieranen un campo gravitacional uniforme, o sin gravedad. Además, predijo, las propiedades de estos objetos entre sí permanecerían constantes durante la caída libre del elevador.
En su experimento, el equipo del NIST consideró a la Tierra como un ascensor que cae a través del campo gravitacional del Sol. Compararon los datos registrados en los "ticks" de dos tipos de relojes atómicos ubicados en todo el mundo para mostrar que permanecieron sincronizados durante 14 años,a pesar de que la atracción gravitacional del elevador varió durante la órbita ligeramente desviada de la Tierra alrededor del Sol. Los investigadores compararon los datos de 1999 a 2014 para un total de 12 relojes: cuatro masers de hidrógeno láser de microondas en la escala de tiempo NIST con ochode los relojes atómicos de fuente de cesio más precisos operados por laboratorios de metrología en los Estados Unidos, el Reino Unido, Francia, Alemania e Italia.
El experimento fue diseñado para probar una predicción de la relatividad general, el principio de la invariancia de posición local LPI, que sostiene que en un ascensor que cae, las medidas de los efectos no gravitacionales son independientes del tiempo y el lugar. Una de estas medidas compara las frecuencias deRadiación electromagnética de relojes atómicos en diferentes lugares. Los investigadores limitaron la violación de LPI a un valor de 0.00000022 más o menos 0.00000025, el número más minúsculo hasta ahora, consistente con el resultado pronosticado de cero de la relatividad general y que corresponde a ninguna violación.la proporción de frecuencias de hidrógeno a cesio se mantuvo igual a la de los relojes que se movían juntos en el ascensor que caía.
Este resultado tiene cinco veces menos incertidumbre que la mejor medición previa del NIST de la violación de LPI, lo que se traduce en una sensibilidad cinco veces mayor. Ese resultado anterior de 2007, de una comparación de 7 años de relojes atómicos de cesio e hidrógeno, fue 20 veces más sensible quelas pruebas anteriores
El último avance de medición se debe a mejoras en varias áreas, a saber, relojes atómicos de fuente de cesio más precisos, mejores procesos de transferencia de tiempo que permiten a los dispositivos en diferentes ubicaciones comparar sus señales de tiempo y los últimos datos para calcular la posición y la velocidadde la Tierra en el espacio, dijo Bijunath Patla del NIST.
"Pero la razón principal por la que hicimos este trabajo fue para destacar cómo se usan los relojes atómicos para probar la física fundamental; en particular, los fundamentos de la relatividad general", dijo Patla. "Esta es la afirmación más frecuente cuando los relojeros se esfuerzan por mejorar"estabilidad y precisión. Combinamos pruebas de relatividad general con relojes atómicos, observamos las limitaciones de la generación actual de relojes y presentamos una perspectiva futura de cómo los relojes de próxima generación serán muy relevantes ".
Los investigadores dicen que es poco probable que se obtengan límites adicionales de LPI usando relojes de hidrógeno y cesio, pero los relojes experimentales de próxima generación basados en frecuencias ópticas, que son mucho más altas que las frecuencias de los relojes de hidrógeno y cesio, podrían ofrecer mucha más sensibilidadresultados. NIST ya opera una variedad de estos relojes basados en átomos como el iterbio y el estroncio.
Debido a que muchas teorías y cálculos científicos están entrelazados, los investigadores del NIST usaron su nuevo valor para la violación de LPI para calcular las variaciones en varias "constantes" fundamentales de la naturaleza, cantidades físicas que se consideran universales y ampliamente utilizadas en física.la masa ligera de quark fue la mejor de todas, mientras que los resultados de la constante de estructura fina coincidieron con los valores reportados previamente para cualquier par de átomos.
El trabajo fue financiado en parte por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.
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Materiales proporcionados por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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