Según Einstein, la velocidad de la luz es siempre la misma. Pero según los modelos teóricos de la gravitación cuántica, esta uniformidad del espacio-tiempo no se aplica a las partículas. Los físicos ahora han tratado de detectar un cambio en la uniformidad del espacio-tiempoutilizando dos relojes ópticos de iterbio. Sus resultados se publican en la edición actual de Nature.
En su Teoría especial de la relatividad, Einstein formuló la hipótesis según la cual la velocidad de la luz es siempre la misma, sin importar las condiciones. Sin embargo, puede ser posible que, de acuerdo con los modelos teóricos de gravitación cuántica,- Esta uniformidad del espacio-tiempo no se aplica a las partículas. Los físicos ahora han probado esta hipótesis con una primera comparación a largo plazo de dos relojes ópticos de iterbio en el Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB. Con estos relojes, cuyo error es solo deun segundo en diez mil millones de años, debería ser posible medir incluso desviaciones extremadamente pequeñas del movimiento de los electrones en el iterbio. Pero los científicos no detectaron ningún cambio cuando los relojes estaban orientados de manera diferente en el espacio. Debido a este resultado, la corrienteEl límite para probar la simetría espacio-tiempo por medio de experimentos se ha mejorado drásticamente por un factor de 100. Además de esto, la incertidumbre de medición sistemática extremadamente pequeña de thSe han confirmado los relojes ópticos de iterbio de menos de 4 × 10E-18.El equipo formado por físicos de PTB y de la Universidad de Delaware ha publicado sus resultados en la edición actual de Naturaleza .
Es uno de los experimentos de física más famosos de la historia: desde 1887, Michelson y Morley demostraron lo que Einstein expresó más tarde en forma de teoría. Con la ayuda de un interferómetro giratorio, compararon la velocidad de la luz a lo largo de dosejes ópticos que se ejecutan verticalmente entre sí. El resultado de este experimento se convirtió en una de las declaraciones fundamentales de la Teoría especial de la relatividad de Einstein: la velocidad de la luz es la misma en todas las direcciones del espacio. Ahora uno podría preguntarse: ¿esta simetría del espacio que lleva el nombre de Hendrik Antoon Lorentz también se aplica al movimiento de partículas materiales o ¿hay alguna dirección a lo largo de la cual estas partículas se mueven más rápido o más lento aunque la energía sigue siendo la misma? Especialmente para las altas energías de las partículas, modelos teóricos de cuánticala gravitación predice una violación de la simetría de Lorentz.
Ahora se ha llevado a cabo un experimento con dos relojes atómicos para investigar esta cuestión con alta precisión. Las frecuencias de estos relojes atómicos están controladas por la frecuencia de resonancia de un solo ion Yb + que se almacena en una trampa.los electrones de los iones Yb + tienen una distribución esféricamente simétrica en el estado fundamental, en el estado excitado exhiben una función de onda claramente alargada y, por lo tanto, se mueven principalmente a lo largo de una dirección espacial. La orientación de la función de onda está determinada por un campo magnético aplicado dentro delreloj. La orientación del campo se eligió para estar aproximadamente en ángulo recto en los dos relojes. Los relojes están montados firmemente en un laboratorio y giran junto con la Tierra una vez al día más exactamente: una vez en 23.9345 horas en relación con las estrellas fijas.Si la velocidad de los electrones dependiera de la orientación en el espacio, esto resultaría en una diferencia de frecuencia entre los dos relojes atómicos que ocurriría periódicamente, en conjuntoella con la rotación de la Tierra.Para poder diferenciar tal efecto claramente de cualquier posible influencia técnica, se compararon las frecuencias de los relojes Yb + durante más de 1000 horas.Durante el experimento, no se observó ningún cambio entre los dos relojes para el rango accesible de duración del período desde unos pocos minutos hasta 80 horas.Para la interpretación teórica y los cálculos relativos a la estructura atómica del ion Yb +, el equipo de PTB trabajó en colaboración con teóricos de la Universidad de Delaware EE. UU..Los resultados que ahora se han obtenido han mejorado los límites establecidos en 2015 por investigadores de la Universidad de California, Berkeley con iones de Ca + drásticamente por un factor de 100.
Promediado sobre el tiempo de medición total, ambos relojes exhibieron una desviación de frecuencia relativa de menos de 3 × 10E-18. Esto confirma la incertidumbre combinada del reloj que previamente se había estimado en 4 × 10E-18. Además, esun paso importante en la caracterización de los relojes atómicos ópticos con este nivel de precisión. Solo después de aproximadamente diez mil millones de años, estos relojes podrían desviarse entre sí por un segundo.
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Materiales proporcionados por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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