Físicos han medido con precisión un principio clave subyacente a la famosa teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que describe cómo la gravedad se relaciona con el espacio y el tiempo.
El resultado del NIST (National Institute of Standards and Technology), posibilitado por las mejoras continuas en los relojes de precisión más precisos del mundo, arroja un valor mínimo récord, excesivamente pequeño para una cantidad que Einstein predijo que sería cero.
Como se describe en un artículo de Nature Physics publicado en línea el 4 de junio, los investigadores del NIST utilizaron el sistema solar como un laboratorio para probar el experimento de Einstein que involucra a la Tierra como un ascensor de caída libre. Einstein teorizó que todos los objetos ubicados en un ascensor de este tipo se acelerarían a la misma velocidad, como si estuvieran en un campo gravitacional uniforme, o sin gravedad en absoluto. Además, predijo, las propiedades de estos objetos relativas entre sí permanecerían constantes durante la caída libre del ascensor.
En su experimento, el equipo del NIST consideraba a la Tierra como un ascensor que caía a través del campo gravitacional del Sol.
Compararon datos grabados sobre los «tics» de dos tipos de relojes atómicos ubicados en todo el mundo para mostrar que permanecieron sincronizados durante 14 años, incluso cuando la atracción gravitatoria en el ascensor varió durante la órbita ligeramente descentrada de la Tierra alrededor del sol. Los investigadores compararon datos de 1999 hasta 2014 por un total de 12 relojes: cuatro máseres de hidrógeno (láseres de microondas) en la escala de tiempo NIST con los relojes atómicos más precisos de cesio 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 posición local en la variación (LPI), que sostiene que en un ascensor que cae, las medidas de los efectos no gravitatorios son independientes del tiempo y el lugar. Una de tales medidas compara las frecuencias de radiación electromagnética de los 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 previsto de cero de la relatividad general, y que corresponde a ninguna violación. Esto significa que la relación de las frecuencias de hidrógeno a cesio se mantuvo igual a la de los relojes movidos juntos en el ascensor de caída.
Este resultado tiene una incertidumbre cinco veces menor que la mejor medida previa del NIST sobre la infracción de LPI, lo que se traduce en una sensibilidad cinco veces mayor. Ese resultado anterior de 2007, a partir de una comparación de 7 años de los relojes atómicos de cesio e hidrógeno, fue 20 veces más sensible que las pruebas anteriores.
El último avance de medición se debe a mejoras en varias áreas, como relojes atómicos de fuentes más precisas, mejores procesos de transferencia de tiempo (que permiten a los dispositivos en diferentes ubicaciones comparar sus señales horarias) y los últimos datos para calcular la posición y velocidad de la Tierra en el espacio, dijo en un comunicado Bijunath Patla del NIST.
«Pero la razón principal por la que hicimos este trabajo fue poner de relieve cómo los relojes atómicos se utilizan para probar la física fundamental, en particular, los fundamentos de la relatividad general», dijo Patla. «Este es el reclamo más frecuente cuando los relojeros luchan por una mayor estabilidad y precisión. Combinamos pruebas de relatividad general con relojes atómicos, notamos las limitaciones de la generación actual de relojes y presentamos una perspectiva futura de cómo los relojes de próxima generación serán muy relevantes «
Es poco probable que se obtengan más límites en LPI usando hidrógeno y relojes de cesio, según los investigadores, pero los relojes experimentales de próxima generación basados en frecuencias ópticas, que son mucho más altos que las frecuencias de hidrógeno y relojes de cesio, podrían ofrecer resultados mucho más sensibles. NIST ya opera una variedad de estos relojes basados en átomos como el iterbio y el estroncio.
Debido a que muchas teorías científicas y cálculos están entrelazados, los investigadores del NIST utilizaron su nuevo valor para la violación del LPI para calcular variaciones en varias «constantes» fundamentales de la naturaleza, las cuales se consideran universales y ampliamente utilizadas en física. Sus resultados para la masa del quark ligero fueron los mejores de la historia, mientras que los resultados para la constante de la estructura fina coincidieron con los valores informados previamente para cualquier par de átomos.
Fuente: europapress.es