julio 4, 2022

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Por qué es hora de redefinir qué es el segundo y qué secretos del universo podría revelar | Ciencias

¿Tienes un minuto para hablar de un segundo?

La unidad de tiempo básica, de la que dependen la mayoría de las demás cantidades de nuestro sistema de medición, no ha cambiado durante más de 70 años.

Pero los avances tecnológicos sugieren que es hora de actualizar y definir qué es más preciso.

Esta es la opinión de investigadores del International Bureau of Weights and Measures (BIPM, por sus siglas en francés). depende de Parísen FranciaBIPM es el organismo responsable de establecer estándares internacionales para los sistemas de unidades de medida.

Los metrólogos del BIPM, junto con expertos de varios países, se preparan para cambiar el segundo método de medición. Es un proceso muy delicado, cuyo resultado puede ser fundamental para cambiar la forma en que entendemos el universo.

El segundo es la unidad básica de medida del tiempo en el sistema internacional de medidas.

Pero, de hecho, otras unidades básicas como el metro (longitud), el kilogramo (masa), el amperio (corriente) y el kelvin (temperatura) se especifican en función del segundo.

El BIPM define una escala, por ejemplo, como “el camino que recorre la luz en el vacío durante un período de 1/299.792.458 de segundo”.

Los átomos proporcionan una medida del tiempo más precisa que las observaciones astronómicas – Imagen: Getty Images vía BBC

Los científicos notan que en el transcurso de millones de años, la Tierra ha estado girando más lentamente. Como resultado, los días aumentan a un ritmo de 1,8 milisegundos cada siglo.

Así por ejemplo, Hace 600 millones de años, un día terrestre duraba solo 21 horas.. Para empeorar las cosas, varios estudios en 2020 muestran que en los últimos 50 años, el planeta comenzó a girar más rápido.

Entonces, aunque imperceptible, el «segundo astronómico» no siempre es el mismo, mientras que las partículas atómicas se mueven de manera más precisa y predecible.

Desde 1967 se inició la definición del segundo basándose en la oscilación de las partículas del átomo de cesio-133 cuando se exponen a un tipo especial de microondas. El dispositivo utilizado para realizar esta medición se llama reloj atómico.

Cuando se exponen a estas microondas, los átomos de cesio-133 se comportan como un péndulo que «oscila» 9.192.631.770 veces por segundo.

Hasta entonces, el segundo utilizado como referencia para el cálculo de oscilaciones se basaba en un día de duración en 1957, determinado a partir del comportamiento de la Tierra, la Luna y las estrellas. Ahora, el BIPM ha determinado que la escala oficial del segundo se calculará a partir de la cantidad de oscilaciones en las partículas de los átomos de cesio-133.

Asi que, Brevemente, el segundo día se define como el tiempo que tarda el cesio en oscilar 9.192.631.770 veces. Pero esta definición parece estar desactualizada.

Hace aproximadamente una década, había relojes atómicos ópticos, que tenían la capacidad de monitorear el «signo» de los átomos que oscilaban mucho más rápido que el cesio.

Algunos cuentan el iterbio, el estroncio, el mercurio o el aluminio, por ejemplo. Es como si un reloj atómico tuviera una lupa que le permite detectar más oscilaciones y determinar el segundo con mayor precisión.

Mire este que mide átomos de iterbio en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. – Imagen: N. Philipps/NIST vía BBC

Actualmente, hay docenas de estos relojes ópticos en diferentes países. Con ellos se espera, como ya han demostrado algunos experimentos, que se puedan comparar diferentes medidas para corroborar los resultados obtenidos.

El BIPM planea usar relojes atómicos ópticos para medir el segundo, pero aún está estableciendo estándares para realizar esa medición. Lo más importante es demostrar la precisión con la que prometen los relojes ópticos, según Gerard Petti, investigador del equipo de tiempo del BIPM.

Hasta la fecha, las mejores comparaciones de relojes ópticos se han realizado desde el mismo laboratorio. Pero Petit le dijo a BBC News Mundo, el servicio de noticias en español de la BBC, que el objetivo era comparar diferentes horas de diferentes laboratorios. También es necesario identificar el elemento de la tabla periódica que reemplazará al cesio como referencia.

Un reloj óptico que mide átomos de estroncio – Foto: R Jacobson/Nest vía BBC

Además, los relojes atómicos ópticos son dispositivos muy complejos, muchos de los cuales requieren un laboratorio completo para funcionar.

Algunos de los desafíos con estos dispositivos son, por ejemplo, emitir algún tipo de radiación láser con precisión milimétrica para hacer que los átomos oscilen correctamente, o tener pulsos de láser ultrarrápidos con intervalos de tiempo mínimos, para no perder las oscilaciones que deben ser calculado. , explica el investigador Jeffrey Sherman, del Departamento de Tiempo y Asistencia del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) al portal Live Science.

Gerard Pettit señala que si todo va según lo planeado, la evaluación comparativa debería comenzar en junio de 2022, y La nueva segunda debería entrar en vigor a partir de 2030.

«Estos son procesos y comparaciones complejos», dice.

¿Qué pasará cuando cambie la definición del segundo?

«Nada», dijo Betty con una sonrisa.

La principal razón para actualizar el segundo es mantener las cosas en orden, ya que la estructura de escala del mundo depende del segundo.

La medición ultraprecisa del tiempo pasa desapercibida en nuestra vida diaria, pero es importante para los científicos y puede aportar nuevos conocimientos – Imagen: Getty Images vía BBC

«Es posible vivir por un tiempo con una definición que no es la más precisa, pero después de un tiempo se vuelve incomprensible», dice Pettit.

«En la práctica, en la vida cotidiana, probablemente no cambie nada, pero en ciencia se necesita una definición basada en la mejor medida posible».

Además, la medición ultraprecisa del tiempo puede ayudarnos a comprender fenómenos que actualmente no se comprenden.

NIST, por ejemplo, explica que Los relojes ópticos alguna vez se usaron para medir la deformación del espacio-tiempo. descrito por La teoría de la relatividad de Einstein.

Los relojes de luz son tan precisos que pueden mostrar la diferencia entre dos horas con una diferencia de tan solo un centímetro de altura. Esto sucede porque, Debido a la gravedad, el tiempo pasa más lentamente al nivel del mar que en altitudes más altas como el Monte Everest.por ejemplo.

Estos relojes ultraprecisos también se pueden utilizar para revelar el misterio. materia oscura, que constituyen el 25% del universo, pero se sabe poco sobre ellos. Con la nueva tecnología, los científicos podrán descubrir esta sustancia desconocida que afecta la materia, el espacio y el tiempo ordinarios.

También pueden proporcionar pistas sobre ondas gravitacionales primordiales, que son ecos del Big Bang que distorsiona el espacio-tiempo, como tirar una piedra a un lago. Los relojes atómicos pueden detectar estas distorsiones y proporcionar más pistas sobre la formación del universo.