Pueden pasar muchas cosas en un segundo; puedes encontrarte con un extraño, chasquear los dedos, enamorarme, quedarte dormido, estornudar. Pero, ¿qué es un segundo realmente? ¿Es tan preciso como creemos?

En este momento, los relojes más precisos utilizados para indicar el tiempo global tienen un error de aproximadamente 1 segundo cada 300 millones de años, por lo que un reloj que comenzó a funcionar en tiempo de los dinosaurios no estaría apagado ni siquiera por un segundo en la actualidad. Pero los científicos piensan que podemos hacerlo mejor. [ Los 18 misterios sin resolver más grandes en física ]

Por lo tanto, están buscando al lutecio, un elemento de tierras raras descuidado que ha estado acumulando polvo en la parte inferior de la tabla periódica, según un nuevo estudio publicado el 25 de abril en la revista Nature Communications.

¿Por qué es un segundo de 1 segundo de largo?

En los viejos tiempos, un segundo se definía como una fracción (1/86400) del día solar promedio, la rotación de 24 horas de la Tierra alrededor de su eje. Pero la rotación de la Tierra puede variar ligeramente, por lo que los científicos decidieron dejar de escanear los cielos para calibrar nuestros relojes y escalar las cosas hasta el nivel de los átomos, los bloques de construcción invisibles de la materia.

En 1967, el Comité Internacional de Pesas y Medidas definió el segundo como la cantidad de tiempo que toma un átomo de cesio para absorber suficiente energía para ser excitada, es decir, para que sus electrones salten de un estado de energía al siguiente . Para que esto suceda, el átomo debe pulsarse con exactamente 9,192,631,770 ciclos de radiación de microondas.

En su nuevo estudio, Barrett y su equipo encontraron que un ion de lutecio es menos sensible a los cambios en la temperatura ambiental que cualquier otro elemento utilizado para los relojes ópticos, lo que lo convierte en un candidato fuerte para servir como guardián del tiempo maestro.

Los átomos de lutecio también pueden ayudar a compensar otro problema que afecta la medición del tiempo, halló el equipo. Debido a que los átomos usados ​​en estos relojes están cargados, se mueven ligeramente en respuesta a los campos electromagnéticos creados por las ondas (luz visible, microondas, etc.) y esto puede sesgar la medición del tiempo. Los científicos llaman a este rápido movimiento de retroceso y avance un “cambio de micromovimiento”.

Debido a que los científicos deben compensar este cambio, es realmente difícil desarrollar relojes atómicos con más de un ion, lo que haría que esos relojes sean más prácticos, dijo Barrett. Pero el equipo descubrió que podían usar una propiedad natural en cierto tipo de iones de lutecio para cancelar estos “cambios de micromovimiento”.

Sin embargo, esto tiene un costo: esos átomos se volvieron más sensibles a la temperatura de la habitación. Esa compensación podría limitar el impacto del nuevo hallazgo, y el átomo lutecio podría no ser un “cambio de juego real”, dijo Jérôme Lodewyck, un físico del Observatorio de París que no formó parte del estudio.

Pero, este “trabajo de alta calidad” agrega otra posible especie atómica a la larga lista de candidatos de cronometradores que es una “riqueza para los metrólogos” que buscan comparar diferentes relojes, dijo Lodewyck. [ ¿Qué es eso? Sus preguntas de física respondidas ]

Aunque Barrett dijo que el lutecio “es extremadamente prometedor”, no cree que haya una gran prisa por redefinir el segundo usando relojes ópticos, ya que los relojes de cesio no tienen ningún problema en cosas como llevarnos a donde necesitamos ir.

Pero los relojes ópticos de alta precisión podrían permitir nuevas aplicaciones “que simplemente no serían posibles con nuestra tecnología actual”, dijo Barrett.

Por ejemplo, los relojes son sensibles a su ubicación en el mundo, porque el tiempo está distorsionado por la gravedad, de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . En este momento, los relojes atómicos en la Tierra no pueden detectar la minúscula deformación del tiempo que ocurre debido a la gravedad de la Tierra. Pero si los investigadores pudieran colocar relojes ópticos de alta precisión en todo el mundo, esa configuración podría ayudar a los investigadores a planear el campo gravitatorio de nuestro planeta, dijo Barrett.

Además, los relojes atómicos de alta precisión podrían detectar materia y energía que quizás aún no podamos ver, dijo Lodewyck. Eso podría incluir la materia oscura, que ejerce una atracción gravitacional pero que no interactúa con la luz ordinaria, y la energía oscura, la fuerza misteriosa que parece estar acelerando la expansión del universo , dijo.

Así es como podría funcionar: si conoce la frecuencia necesaria para excitar algunos átomos en el intervalo de tiempo de un segundo, podría usar estos diversos relojes en todo el mundo para detectar cualquier diferencia más allá de lo que normalmente esperaría . Hay “algunas teorías que dicen que la materia oscura está a nuestro alrededor, así que si cruzamos un trozo de materia oscura, esto perturbaría el reloj”, dijo Lodewyck a Live Science.

Incluso puede haber aplicaciones que no podemos pensar en este momento, dijo Barrett. “Ciertamente, cuando comenzamos a desarrollar relojes para la navegación de barcos, nunca imaginamos la idea de que alguien pudiera caminar y saber exactamente dónde se encuentran en una gran ciudad”.

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