El mundo cuántico contiene esencialmente una miríada de fenómenos intrigantes y sigue sumando a la imaginación de los exploradores de la ciencia.
Uno de estos fenómenos se refiere a las oscilaciones a nivel de los átomos, que constituyen la base para la creación de dispositivos cuánticos como los relojes y sensores atómicos.
Los elementos que se utilizan en los relojes atómicos actuales son el iterbio y el cesio, entre otros. Una parte importante de los avances en la investigación de los relojes atómicos contemporáneos se debe principalmente a su utilidad en ciertos escenarios como la materia oscura y la detección de ondas gravitacionales.
Debido a la naturaleza sutil de estos eventos físicos, a veces el ruido no deseado del entorno puede causar distorsiones en la señal e impactar negativamente en los resultados. Para superar este importante reto, físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han presentado una propuesta viable, que consiste en utilizar una combinación de dos fenómenos clave: el entrelazamiento y la inversión del tiempo. Se supone que esta estrategia ayuda a amplificar los cambios de nivel microscópico en las oscilaciones atómicas y así combatir el problema asociado.
Una operación matemática para describir cualquier evento
Es importante destacar aquí y llamar la atención sobre el hecho de que la inversión del tiempo no significa encontrar una forma de invertir el tiempo. La inversión del tiempo es básicamente una operación matemática para describir cualquier evento particular en el tiempo en el que su causalidad ha sido invertida.
En otras palabras, todos los movimientos asociados a ese evento se invierten. Así pues, los investigadores del MIT trabajan con átomos entrelazados de forma que el comportamiento de las partículas fuera análogo a la evolución hacia atrás en el tiempo. Este proceso podría ayudar a mejorar las vibraciones atómicas y, por lo tanto, dar lugar a mediciones precisas.
Los relojes atómicos son dispositivos sensibles que miden el tiempo aprovechando las transiciones que suelen producirse entre los estados cuánticos de los átomos y la frecuencia de la radiación emitida como resultado de la transición. Por lo general, a nivel de átomos individuales, las leyes de la mecánica cuántica dominan y es necesario realizar muchas mediciones para obtener una estimación realista de las oscilaciones atómicas.
Una limitación denominada límite cuántico estándar
Ahora bien, aquí es donde entra en juego el papel de la inversión del tiempo. El equipo del MIT irradió los átomos enredados con un rayo láser y esta acción hizo que los átomos perdieran su correlación cuántica, lo que parecía que avanzaban hacia atrás en el tiempo.
También se comprobó que la fase final era muy diferente a la inicial, confirmando así la existencia de un cambio cuántico.La novedosa técnica desarrollada por los científicos del MIT ha sido bautizada con el acrónimo SATIN (Significado de amplificación de la señal a través de la inversión del tiempo) y se considera el método más sensible para medir las fluctuaciones cuánticas desarrollado hasta la fecha y posiblemente pueda mejorar la precisión de los futuros relojes atómicos en un factor de 15.
Dadas las circunstancias, es bastante seguro que esta innovación proporcionará un impulso adicional a la ciencia de la metrología, que a su vez servirá a la investigación fundamental y tecnológica en las ciencias físicas.