Una de las predicciones de la teoría especial de la relatividad de Einstein es que el tiempo corre más lentamente para un reloj en movimiento que para uno fijo. Ahora, un equipo de físicos ha logrado verificar dicha predicción, con una precisión sin precedentes. Lo han hecho en un acelerador de partículas de Alemania. El mismo equipo había logrado la mejor marca de precisión a este respecto en 2007, pero ahora se ha superado.
Por Marta Lorenzo.
Por Marta Lorenzo.
Una de las predicciones de la teoría especial de la relatividad de Einstein es que el tiempo corre más lentamente para un reloj en movimiento que para uno fijo. Ahora, un equipo de físicos ha logrado verificar dicha predicción, con una precisión sin precedentes.
Lo han hecho en un acelerador de partículas de Alemania, de la siguiente forma. Para probar el efecto de la dilatación del tiempo, compararon el funcionamiento de dos relojes. Uno de ellos se dejó quieto, mientras que el otro se puso en movimiento.
Según se explica en la revista Nature, para hacer esto, los investigadores usaron el Anillo de Almacenamiento Experimental del Centro Helmholtz GSI en Darmstadt, un dispositivo que permite almacenar partículas de alta velocidad.
En su interior, se “fabricó” el reloj en movimiento. Para ello, se aceleraron iones de litio hasta que estos alcanzaron un tercio de la velocidad de la luz. En el interior de dichos iones, se produjeron entonces transiciones electrónicas (los electrones comenzaron a saltar entre diferentes niveles de energía). La medición de dichas transiciones aceleradas arrojó una frecuencia, que fue considerada como el “tic-tac” del reloj en movimiento.
Por otra parte, las transiciones electrónicas acaecidas dentro de iones de litio que no se movieron, hicieron de “tic-tac” del reloj estacionario. Los resultados demostraron que el tiempo corría más lento para el reloj en movimiento que para el fijo.
Este resultado es la culminación de 15 años de trabajo de un grupo internacional de colaboradores, entre los que se encuentra el premio Nobel Theodor Hansch, director del Instituto Max Planck de Óptica; y se considera la prueba más rigurosa del efecto "dilatación del tiempo" que Einstein predijo.
"Es casi cinco veces mejor que nuestro antiguo resultado; y entre 50 y 100 veces mejor que cualquier otro resultado obtenido con otros métodos ", ha afirmado el coautor del estudio, Gerald Gwinner, físico de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá.
En 2007, el equipo había conseguido ya la mejor marca de medición de la dilatación del tiempo. En aquella ocasión, lo hicieron con una precisión 10 veces mejor que la lograda en experimentos antes realizados; usando también iones de litio que fueron acelerados a una velocidad de entre el tres y el 6% la de la luz.
Además, emplearon una técnica láser de espectroscopia por saturación, para medir la dilatación temporal. Pero ahora se han superado a sí mismos. La primera vez que se consiguió comprobar la dilatación temporal fue en 1938.
Una de las consecuencias del efecto de la dilatación temporal sería que una persona que viaje en un cohete a alta velocidad envejecería más lentamente que la gente que se quede en Tierra.
Pero, como de momento esa posibilidad no existe para el común de los mortales, hablaremos de consecuencias más realistas, como que la dilatación temporal puede afectar a los Sistemas de Posicionamiento Global (o GPS).
Estos dispositivos cuentan con precisos relojes atómicos a bordo para enviar señales sincronizadas, que a su vez sirven para señalar una posición en la Tierra. Como están en movimiento a altas velocidades, orbitando nuestro planeta, deben dar cuenta de diminutos desplazamientos temporales en el análisis de los datos de navegación.
La Agencia Espacial Europea (ESA) planea, por otra parte, probar la dilatación del tiempo en la Estación Espacial Internacional en el año 2016. Para ello usará su reloj atómico, el Ensemble in Space (ACES), cuyo funcionamiento en un entorno de microgravedad se espera sirva para estudiar no solo aspectos de la teoría de la relatividad general como el de la dilatación del tiempo, sino también la teoría de cuerdas.
Benjamin Botermann, Dennis Bing, Christopher Geppert, Gerald Gwinner, Theodor W. Hänsch, Gerhard Huber, Sergei Karpuk, Andreas Krieger, Thomas Kühl, Wilfried Nörtershäuser, Christian Novotny, Sascha Reinhardt, Rodolfo Sánchez, Dirk Schwalm, Thomas Stöhlker, Andreas Wolf, Guido Saathoff. Test of Time Dilation Using Stored Li+ Ions as Clocks at Relativistic Speed. Phys. Rev. Lett. (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.120405.
Sascha Reinhardt, Guido Saathof, Henrik Buhr, Lars A. Carlson, Andreas Wolf1, Dirk Schwalm, Sergei Karpuk, Christian Novotny, Gerhard Huber, Marcus Zimmermann, Ronald Holzwarth, Thomas Udem, Theodor W. Hänsch, Gerald Gwinner. Test of relativistic time dilation with fast optical atomic clocks at different velocities. Nature Physics (2007). DOI: 10.1038/nphys778.
Lo han hecho en un acelerador de partículas de Alemania, de la siguiente forma. Para probar el efecto de la dilatación del tiempo, compararon el funcionamiento de dos relojes. Uno de ellos se dejó quieto, mientras que el otro se puso en movimiento.
Según se explica en la revista Nature, para hacer esto, los investigadores usaron el Anillo de Almacenamiento Experimental del Centro Helmholtz GSI en Darmstadt, un dispositivo que permite almacenar partículas de alta velocidad.
En su interior, se “fabricó” el reloj en movimiento. Para ello, se aceleraron iones de litio hasta que estos alcanzaron un tercio de la velocidad de la luz. En el interior de dichos iones, se produjeron entonces transiciones electrónicas (los electrones comenzaron a saltar entre diferentes niveles de energía). La medición de dichas transiciones aceleradas arrojó una frecuencia, que fue considerada como el “tic-tac” del reloj en movimiento.
Por otra parte, las transiciones electrónicas acaecidas dentro de iones de litio que no se movieron, hicieron de “tic-tac” del reloj estacionario. Los resultados demostraron que el tiempo corría más lento para el reloj en movimiento que para el fijo.
Antecedentes
Este resultado es la culminación de 15 años de trabajo de un grupo internacional de colaboradores, entre los que se encuentra el premio Nobel Theodor Hansch, director del Instituto Max Planck de Óptica; y se considera la prueba más rigurosa del efecto "dilatación del tiempo" que Einstein predijo.
"Es casi cinco veces mejor que nuestro antiguo resultado; y entre 50 y 100 veces mejor que cualquier otro resultado obtenido con otros métodos ", ha afirmado el coautor del estudio, Gerald Gwinner, físico de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá.
En 2007, el equipo había conseguido ya la mejor marca de medición de la dilatación del tiempo. En aquella ocasión, lo hicieron con una precisión 10 veces mejor que la lograda en experimentos antes realizados; usando también iones de litio que fueron acelerados a una velocidad de entre el tres y el 6% la de la luz.
Además, emplearon una técnica láser de espectroscopia por saturación, para medir la dilatación temporal. Pero ahora se han superado a sí mismos. La primera vez que se consiguió comprobar la dilatación temporal fue en 1938.
Consecuencias de la dilatación temporal
Una de las consecuencias del efecto de la dilatación temporal sería que una persona que viaje en un cohete a alta velocidad envejecería más lentamente que la gente que se quede en Tierra.
Pero, como de momento esa posibilidad no existe para el común de los mortales, hablaremos de consecuencias más realistas, como que la dilatación temporal puede afectar a los Sistemas de Posicionamiento Global (o GPS).
Estos dispositivos cuentan con precisos relojes atómicos a bordo para enviar señales sincronizadas, que a su vez sirven para señalar una posición en la Tierra. Como están en movimiento a altas velocidades, orbitando nuestro planeta, deben dar cuenta de diminutos desplazamientos temporales en el análisis de los datos de navegación.
La Agencia Espacial Europea (ESA) planea, por otra parte, probar la dilatación del tiempo en la Estación Espacial Internacional en el año 2016. Para ello usará su reloj atómico, el Ensemble in Space (ACES), cuyo funcionamiento en un entorno de microgravedad se espera sirva para estudiar no solo aspectos de la teoría de la relatividad general como el de la dilatación del tiempo, sino también la teoría de cuerdas.
Referencias bibliográficas:
Benjamin Botermann, Dennis Bing, Christopher Geppert, Gerald Gwinner, Theodor W. Hänsch, Gerhard Huber, Sergei Karpuk, Andreas Krieger, Thomas Kühl, Wilfried Nörtershäuser, Christian Novotny, Sascha Reinhardt, Rodolfo Sánchez, Dirk Schwalm, Thomas Stöhlker, Andreas Wolf, Guido Saathoff. Test of Time Dilation Using Stored Li+ Ions as Clocks at Relativistic Speed. Phys. Rev. Lett. (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.120405.
Sascha Reinhardt, Guido Saathof, Henrik Buhr, Lars A. Carlson, Andreas Wolf1, Dirk Schwalm, Sergei Karpuk, Christian Novotny, Gerhard Huber, Marcus Zimmermann, Ronald Holzwarth, Thomas Udem, Theodor W. Hänsch, Gerald Gwinner. Test of relativistic time dilation with fast optical atomic clocks at different velocities. Nature Physics (2007). DOI: 10.1038/nphys778.
