Los investigadores determinaron experimentalmente una propiedad del cadmio llamada longitud de onda mágica que se considera esencial para el desarrollo de los relojes más precisos jamás previstos. Los investigadores esperan que esto pueda permitir relojes atómicos simples y robustos tan precisos que podrían usarse para mejorar nuestra comprensión de las teorías actuales e incluso probar la nueva física.

¿A qué hora lo haces? ¿Que tal ahora? El tiempo cambia constantemente pero no cambia constantemente. Suena confuso pero desde la época de Einstein sabemos que el tiempo avanza a ritmos diferentes dependiendo de dónde se encuentre. Esto se debe principalmente al efecto de la gravedad, Cuanto más fuerte esté la gravedad en su vecindad, más lento avanza el tiempo en relación con el lugar donde la gravedad es más débil. Para nosotros esta diferencia es imperceptible, pero los relojes atómicos de alta precisión pueden medirlo.

Sin embargo, estas imperceptibles diferencias en el ritmo del paso del tiempo están lejos de ser triviales. Las mediciones precisas del tiempo pueden ayudar a los investigadores a medir otras cantidades correspondientes que se relacionan con cómo fluye el tiempo en una ubicación específica. Por ejemplo, dada la forma en que el aumento de la fuerza gravitacional altera el paso del tiempo, la densidad del material debajo de sus pies podría medirse con precisión con un reloj suficientemente preciso. Y este tipo de información podría ser útil para quienes estudian volcanes, tectónica de placas y terremotos.

Sin embargo, medir el tiempo con la precisión requerida para tales propósitos es un desafío inmensamente complejo. Relojes atómicos de última generación basados ​​en la vibración de átomos como el cesio, por ejemplo, operar con una incertidumbre, lo opuesto a la precisión, en la región de 1 x 10 ^-dieciséis o hasta 16 decimales. Esto es extremadamente preciso para la medición de distancias, y por lo tanto se utiliza en la tecnología actual del sistema de posicionamiento global (GPS). Pero los investigadores se esfuerzan por lograr una precisión aún mayor, y un tipo de reloj puede ofrecer incertidumbres tan bajas como 1 x 10 ^-19 o hasta 19 decimales. El reloj de celosía óptica promete ofrecer tal precisión.

Propuesto por primera vez por el profesor Hidetoshi Katori del Departamento de Física Aplicada en 2001, la idea es atrapar una gran cantidad de átomos en una red de láseres. Con muchos átomos atrapados, sus vibraciones se pueden medir simultáneamente, lo que mejora enormemente la precisión de la medición del tiempo. Los isótopos de cadmio son ideales ya que tienen algunas propiedades que ayudan a reducir el ruido en este tipo de sistema cuántico. Pero para crear un reloj basado en este principio, hay varios obstáculos que superar, y los investigadores acaban de saltar uno.

"Determinamos experimentalmente la llamada 'longitud de onda mágica' para el cadmio, que es uno de los parámetros esenciales para operar el reloj de celosía óptica, ", dijo el científico investigador Atsushi Yamaguchi de RIKEN." En un reloj de celosía, la celosía óptica se crea mediante patrones de interferencia de luz láser, cuya longitud de onda está relacionada con los átomos que la red necesita retener. La longitud de onda óptima o 'mágica' para construir una red alrededor de los isótopos de cadmio es de alrededor de 419,88 nanómetros, que es casi exactamente el valor de 420,10 nanómetros que predijimos originalmente ".

Una característica importante de los isótopos de cadmio que los hace ideales para los relojes de celosía es que son más resistentes a los cambios en su entorno que muchos otros átomos e isótopos. Una aplicación a la que apuntan los investigadores es la capacidad de realizar mediciones en diferentes ubicaciones con el mismo dispositivo, lo que significa que debe ser relativamente portátil, por lo que ayuda a ser robusto. Con la teoría en su lugar, Los investigadores ahora desean evaluar el rendimiento de dicho reloj.

"Se requiere una evaluación cuidadosa y detallada para que los científicos de diferentes campos puedan hacer uso de este instrumento de alta precisión, ", explicó Katori." Tal dispositivo nos brindará la oportunidad de estudiar y quizás algún día desafiar ideas establecidas en cosmología como la relatividad general y quizás incluso las constantes fundamentales de la naturaleza ".