Un fenómeno de la mecánica cuántica conocido como superposición puede afectar el cronometraje en relojes de alta precisión, según un estudio teórico de Dartmouth College, Saint Anselm College y Santa Clara University.

La investigación que describe el efecto muestra que la superposición (la capacidad de un átomo de existir en más de un estado al mismo tiempo) conduce a una corrección en los relojes atómicos conocida como "dilatación del tiempo cuántico".

La investigación, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , tiene en cuenta los efectos cuánticos más allá de la teoría de la relatividad de Albert Einstein para hacer una nueva predicción sobre la naturaleza del tiempo.

"Siempre que desarrollamos mejores relojes, hemos aprendido algo nuevo sobre el mundo, "dijo Alexander Smith, profesor asistente de física en Saint Anselm College y profesor asistente adjunto en Dartmouth College, quien dirigió la investigación como miembro junior en la Sociedad de Becarios de Dartmouth. "La dilatación del tiempo cuántico es una consecuencia tanto de la mecánica cuántica como de la relatividad de Einstein, y por lo tanto ofrece una nueva posibilidad de probar la física fundamental en su intersección ".

A principios de 1900, Albert Einstein presentó una imagen revolucionaria del espacio y el tiempo al mostrar que el tiempo experimentado por un reloj depende de qué tan rápido se mueve, a medida que aumenta la velocidad de un reloj, la velocidad a la que hace tictac disminuye. Esta fue una desviación radical de la noción absoluta de tiempo de Sir Isaac Newton.

Mecánica cuántica, la teoría del movimiento que gobierna el reino atómico, permite que un reloj se mueva como si viajara simultáneamente a dos velocidades diferentes:una "superposición" cuántica de velocidades. El artículo de investigación tiene en cuenta esta posibilidad y proporciona una teoría probabilística del cronometraje, lo que llevó a la predicción de la dilatación del tiempo cuántico.

Para desarrollar la nueva teoría, el equipo combinó técnicas modernas de la ciencia de la información cuántica con una teoría desarrollada en la década de 1980 que explica cómo podría surgir el tiempo de una teoría cuántica de la gravedad.

"Los físicos han buscado acomodar la naturaleza dinámica del tiempo en la teoría cuántica durante décadas, "dijo Mehdi Ahmadi, profesor de la Universidad de Santa Clara y coautor del estudio. "En nuestro trabajo, predecimos correcciones a la dilatación del tiempo relativista que se derivan del hecho de que los relojes utilizados para medir este efecto son de naturaleza cuántica ".

De la misma manera que la datación por carbono se basa en átomos en descomposición para determinar la edad de los objetos orgánicos, la vida de un átomo excitado actúa como un reloj. Si tal átomo se mueve en una superposición de diferentes velocidades, entonces su vida aumentará o disminuirá dependiendo de la naturaleza de la superposición relativa a un átomo que se mueve a una velocidad definida.

La corrección de la vida útil del átomo es tan pequeña que sería imposible medirla en términos que tengan sentido a escala humana. Pero la capacidad de tener en cuenta este efecto podría permitir una prueba de dilatación del tiempo cuántico utilizando los relojes atómicos más avanzados.

Al igual que la utilidad de la mecánica cuántica para la obtención de imágenes médicas, informática, y microscopía, podría haber sido difícil de predecir cuando esa teoría se estaba desarrollando a principios del siglo XX, es demasiado pronto para imaginar todas las implicaciones prácticas de la dilatación del tiempo cuántico.