SU PRECISIóN SUPERA LA DEL SISTEMA GPS, LO QUE MEJORARí EL SEGUIMIENTO POR SATéLITE

Nueva confirmación de la dilatación del tiempo

En 1905 Albert Einstein dio a conocer su Teorí­a de la Relatividad Especial, que solucionaba algunas paradojas de la mecínica clísica, relacionadas con las medidas de la velocidad de la luz.

Esta teorí­a introdujo ademís por vez primera el concepto de espacio-tiempo como entidad geométrica en la que se desarrollan todos los eventos fí­sicos del universo.

El espacio-tiempo hace referencia a la necesidad de considerar de manera unificada la localización geométrica tanto en el tiempo como en el espacio, dado que la diferencia entre componentes espaciales y temporales es relativa, y depende del estado de movimiento del observador.

Uno de los fenómenos predichos posteriormente por la Teorí­a de la Relatividad Especial fue el de la dilatación del tiempo, descrito con la imagen de dos relojes que, moviéndose respecto a un sistema de referencia inercial (un hipotético observador inmóvil), debí­an funcionar mís despacio (este efecto fue explicado con las llamadas transformaciones de Lorentz).

Por otro lado, en la Teorí­a de la Relatividad General se señala que los relojes sometidos a potenciales gravitatorios mayores, como aquellos que se encuentren cerca de un planeta, marcan el tiempo mís lentamente.

Constatación precisa de la dilatación

Para los cientí­ficos, la dilatación del tiempo resulta uno de los aspectos mís fascinantes de la relatividad especial, dado que acaba con la noción del tiempo absoluto. Esta dilatación fue observada por vez primera de manera experimental en 1938 por Ives y Stilwell, y también, mís adelante, por otros fí­sicos, como Pound y Rebka (en 1959).

Ahora, una nueva investigación realizada en el Instituto Max Planck de Fí­sica Nuclear, y cuyos resultados aparecen publicados en la revista Nature, ha conseguido constatar con una precisión sin precedentes el fenómeno de la dilatación del tiempo.

En los últimos años, ha ido creciendo el interés por la posibilidad de experimentar y probar con mayor certeza, gracias a la tecnologí­a moderna, algunas teorí­as cientí­ficas porque nada indica que la teorí­a de Einstein sea una descripción exacta de la realidad en todas las situaciones y fenómenos.

Espectroscopia de absorción saturada

La técnica utilizada por los cientí­ficos del Instituto Max Planck procede de la óptica cuíntica, un campo de investigación que se ocupa de la aplicación de la mecínica cuíntica a fenómenos que implican la luz y sus interacciones con la materia.

La técnica empleada se conoce como espectroscopia de absorción saturada, siendo la espectroscopia el estudio del espectro luminoso de los cuerpos. El desarrollo de la espectroscopia basada en el líser es la obra de uno de los artí­fices del experimento del Instituto Max Planck, el alemín Theodor Wolfgang Hí¤nsch, Premio Nobel de Fí­sica en 2005 por esta contribución.

Siguiendo esta técnica, los investigadores utilizaron dos líseres, uno con una frecuencia, o número de oscilaciones por segundo, estable; y otro líser de frecuencia modulable. Asimismo, fabricaron unos paquetes de ítomos de litio-7 (Li7) ionizados y con dos niveles energéticos parecidos, lo que dio lugar a una frecuencia de transición electrónica de alrededor de 546 terahercios (THz).

Relojes atómicos ópticos

Tal y como explican los cientí­ficos en Nature, el método seguido estí basado en relojes ópticos atómicos, es decir, en un tipo de relojes muy exactos que se regulan por la vibración de las frecuencias de determinados ítomos o moléculas.

Los iones de litio fueron lanzados a una velocidad del 6,4% y del 3%, respectivamente, de la velocidad de la luz, sobre un anillo de almacenamiento magnético. Posteriormente fueron iluminados en dos direcciones opuestas con los líseres antes mencionados, de frecuencias distintas, cuyos fotones provocaron en los iones una re-emisión por fluorescencia. De esta forma, se produjo una resonancia en la intensidad de la luz absorbida por los iones, que no era la misma con ambos líser.

Según la teorí­a de la relatividad especial y las fórmulas del llamado efecto Doppler (que consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento), el producto de las dos frecuencias es igual a la frecuencia de transición entre los niveles de energí­a atómica precedentes, cuando los iones se encuentran en reposo en el referencial del laboratorio.

Precisión inédita

El acuerdo de las predicciones de la relatividad especial, en lo que concierne al factor de la dilatación relativista el tiempo en el efecto Doppler, arroja una precisión de esta dilatación del tiempo 10 veces mayor que las obtenidas con el sistema de satélites GPS.

Aunque los satélites GPS han sido utilizados hasta ahora para medir la dilatación del tiempo predicha por Einstein, el estudio alemín señala que su experimento supera la sensibilidad obtenida por los GPS.

El experimento alemín no sólo confirma por tanto la validez de la dilatación del tiempo predicha por Einstein con una precisión inédita, sino que ademís aporta un importante punto de referencia para futuras aplicaciones prícticas, como la mejora del Sistema de Posicionamiento Global (GPS en inglés).